石墨烯复合材料简化制备取得进展

2016-05-09
研发部

                                  Pd/CoFe2O4/石墨烯复合纳米片  

  石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

      石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光";导热系数高达5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-6Ω·cm,比铜或银更低,为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

      石墨烯复合物的制备一般以氧化石墨烯为原料,采用多步路线来实现,制备过程较为繁琐,尤其对于制备多组分石墨烯复合材料更是如此。因此,开发一种简单快速制备石墨烯复合材料的方法是石墨烯复合材料制备领域的一个关键问题。

      吉林大学卢晓峰、王策教授及其研究团队成功采用简单的一锅法制备了Pd/CoFe2O4/石墨烯复合纳米片,实现了石墨烯负载多组分复合纳米材料的快速制备。研究者通过将氧化石墨烯、氯化铁、氯化亚钴、氯钯酸钠、氢氧化钠分散和溶解在乙二醇溶剂中,然后通过微波加热,短短几分钟就可以制备高产率的Pd/CoFe2O4/石墨烯复合纳米片。这种一锅法微波反应技术在实现Pd和CoFe2O4组分生成的同时由于乙二醇的还原作用将氧化石墨烯转换为石墨烯,并且将Pd和CoFe2O4负载在石墨烯表面。研究结果显示Pd和CoFe2O4组分均匀分布在石墨烯纳米片上。通过一锅法微波反应技术制备的Pd/CoFe2O4/石墨烯复合纳米片作为硝基化合物催化氢化还原反应的催化剂,表现出了非常优异的催化活性。该催化剂几乎可在室温下七分钟内将对硝基苯酚完全转换为对氨基苯酚,该催化反应的速率常数可达到11.0×10–3 s–1。由于复合纳米片材料中含有CoFe2O4组分,因此该催化剂具有磁性回收性质。利用磁铁可以简单将催化剂从反应体系中分离出来,该复合纳米片催化剂表现出了令人满意的循环稳定性。

来源:内江洛伯尔材料科技有限公司