一种包覆层状态可控氧化钇纳米晶包覆石墨烯材料的制备方法

技术领域

本发明属于石墨烯材料表面包覆工艺技术领域，具体涉及一种包覆层状态可控氧化钇纳米晶包覆石墨烯材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种sp2杂化结构的二维材料，因具其有轻质（密度低至1.2 g/cm

中国专利，公开号为CN114828601A，发明了一种镍包覆石墨烯的方法，该方法通过化学镀的方法在石墨烯表面进行络合剂修饰，然后在石墨烯表面包覆金属镍。该方法过程复杂，过程中掺入杂质元素较多，容易造成镀层成分不纯，产品质量不稳定。且络合物的熔点较低，其高温稳定性较弱，包覆层易失效。

中国专利，公开号为CN114487034A，发明了一种基于金纳米修饰的氧化铁/还原氧化的制备方法，该方法通过水热法将Fe

中国专利，公开号为CN1081033486A，发明了一种在石墨烯表面包覆金属铜或镍的方法，该方法通过氧化还原方法制备氧化石墨烯并在表面进行修饰，分别在石墨表面修饰铜和银纳米颗粒。该方法制备的石墨烯的结构缺陷较高，且石墨烯表面附着的金属离子较少，无法有效的保护好石墨烯。

中国专利，公开号为CN104451227A，发明了一种镀铜石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，该方法利用化学镀方法在氧化石墨烯表面敏化、活化、还原制备纳米铜涂层，但该方法在制备过程中会引入敏化锡层和活化银层，多余的低熔点元素会导致涂层成分不均匀和热稳定性差，高温下涂层对石墨的保护作用有限。

基于此，提出了一种包覆层状态可控氧化钇纳米晶包覆石墨烯材料的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种包覆层状态可控氧化钇纳米晶包覆石墨烯材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种包覆层状态可控氧化钇纳米晶包覆石墨烯材料的制备方法，先将不同体积分数石墨烯材料进行酸洗去杂质，并在石墨烯表面吸附一定的氢离子或羟基，再根据所需Y

进一步的，不同体积分数石墨烯材料进行酸洗去杂质，并在石墨烯表面吸附一定的氢离子或羟基的过程包括以下步骤：

S101、将不同体积分数石墨烯倒入酸溶液中，其中酸溶液为HNO

石墨烯材料与酸溶液之间的添加比例为1~500 g/L，当比值超过50 g/L时，石墨烯溶液难以易形成均匀的浑浊液，清洗效果下降，当比值超过500 g/L时，石墨烯悬浊液成泥状，几乎无酸洗效果；

酸洗时间应小于0.5 h，酸洗时间超过0.5 h，酸洗时间过长，石墨烯表面易发生氧化，造成石墨结构缺陷的增多，酸洗过程中超声震荡或水浴加热搅拌；超声震荡的频率不低于25 kHz；水浴加热温度>60 ℃，搅拌转速为200~1200 rmp；

超声震荡的频率不低于25 kHz，低于25 kHz时，石墨烯的酸洗效果较差，部分残留杂质无法被清洗掉，会影响后续包覆效果；

水浴加热温度>60 ℃，搅拌转速为200~1200 rmp。水浴温度低于60 ℃，会使得石墨烯表面油渍的无法有效溶解；当转速r低于200 rmp时，转速较低无法实现石墨烯的有效的均匀酸洗；当转速r超过1200 rmp时，溶液由于转速过高会产生飞溅，容易产生安全生产事故。

其中，混合液与容器的体积比P的区间为0.2~0.8，转速r与P的关系为P=1200r。

S102、对酸洗溶液稀释并抽滤，其中稀释后的pH值应在3~6之间；其中，抽滤用的滤膜为10 μm；稀释PH过低会滤纸或滤膜碳化，影响抽滤效果，造成抽滤容器的的损害和人生安全。

进一步的，根据所需Y

S201、配制Y

当Y

S202、均匀分散石墨烯材料：将酸洗过后的石墨烯材料置入所配置的Y

S203、制备沉淀涂层：将一定量的氨水倒入碱式滴定管中进行滴定直至溶液PH为11~12之间。

在S202中，超声频率不低于25 kHz，磁力搅拌转速为200~1200 rmp，在S203中，滴定速度< 50 mL/min，滴定同时要进行电磁搅拌，电磁搅拌转速为200~1200 rmp，滴定结束后搅拌30 min。

进一步的，混合液经过加热搅拌处理，进一步加速沉淀相析出和晶化，具体如下步骤所示：

S301、将S203中滴定后的浑浊液置放于水浴磁力搅拌机中，60~80 ℃条件下搅拌0.5~1 h得到搅拌浑浊液；

60 ℃以上加热可以有效加速沉淀，提高Y

S302、将得到的浑浊液的PH稀释至6~9，进行抽滤，获得氧化钇纳米晶包覆的石墨烯粉末材料。

PH小于9时，大部分Y

滴定时将发生如下反应：

得到的氧化钇纳米晶包覆的石墨烯粉末材料需要经过真空干燥处理，去除多余的HN

180 ℃~240 ℃以上保温事会发生如下反应：

加热温度低于180 ℃残余硝酸铵分解会不完全，高于240 ℃会出现剧烈爆炸等安全事故。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明过程中所用的试剂危害较低、实现操作简单，可以实现批量生产。

2、本发明通过调控原料配比和工艺过程，可以实现Y

3、本发明反应物几乎不引入多余杂质，实现近净Y

4、本发明包覆后的石墨烯具有较高的热稳定性，可在更高温度条件下保护石墨烯结构。

附图说明

图1为本发明实施例1和实施例2所用的初始石墨烯纳米片(GNS)的形貌图；

图2为本发明实施例1的拉曼结果图；

图3为本发明实施例1的扫描透射图和能谱结果；

图4为本发明实施例1的高分辨图和快速傅里叶转变图；

图5为本发明实施例2的扫描透射图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，本实施例提供了一种包覆层状态可控氧化钇纳米晶包覆石墨烯材料的制备方法，本实施例中采用的原料为Y(NO

Y

S1、称量0.1 g GNS粉末倒入100 ml 浓度为30%的硝酸溶液，300 rmp磁力搅拌10min；

S2、将GNS酸液置入超声机器中 40 kHz震荡30 min, 去离子水稀释PH至3，抽滤；

S3、称量1.696 g的Y(NO

S4、在碱性滴定管中装入浓氨水，以20 mL/min的速度滴定，同时以500 rmp进行搅拌，直至PH达到11.5，停止滴定；

S5、将沉淀悬浊液置入水浴锅中65 ℃搅拌30 min，转速为900 rmp。

S6、用去离子水将PH稀释至9，过滤，在200 ℃条件下真空干燥4小时，获得如图2和图3所示完全包覆氧化钇的石墨烯。

实施例2，本实施例提供了一种包覆层状态可控氧化钇纳米晶包覆石墨烯材料的制备方法，本实施例中采用的原料为Y(NO

Y

S1、称量0.1 g GNS粉末倒入100 ml 浓度为30%的硝酸溶液与硫酸酸混合液，200rmp磁力搅拌10 min；

S2、将GNS酸液置入超声机器中 40 kHz震荡30 min, 去离子水稀释PH至5，抽滤；

S3、称量0.609 g的Y(NO

S4、在碱性滴定管中装入浓氨水，以20 mL/min的速度滴定，同时以600 rmp进行搅拌，直至PH达到11.8，停止滴定；

S5、将沉淀悬浊液置入水浴锅中70 ℃搅拌30 min，转速为900 rmp；

S6、用去离子水将PH稀释至9，过滤，在225 ℃条件下真空干燥4小时。获得如图5所示具有局部包覆的氧化钇包覆的石墨烯。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。