制備氮摻雜石墨烯與硫化鎳量子點(diǎn)納米復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種新能源材料領(lǐng)域的納米技術(shù)，具體是一種制備氮摻雜石墨烯與硫化鎳量子點(diǎn)納米復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米復(fù)合材料可以集中單獨(dú)材料的優(yōu)良性能，基于這一思路的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理設(shè)計(jì)材料的結(jié)構(gòu)與形貌對(duì)于納米材料的性能和應(yīng)用具有重要影響，更重要的是納米材料的均勻分布對(duì)于其在能源環(huán)境如超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池、光催化等領(lǐng)域有重要意義，因此納米復(fù)合材料的控制和合成愈來(lái)愈受到重視。
[0003]金屬硫化物(N1、Co、Fe等)因其具有良好的催化和反應(yīng)性能而引起人們的興趣。這類材料具有更多樣的物理性質(zhì)，如催化性能、磁性等，這些優(yōu)異性能的發(fā)現(xiàn)與研究使得納米硫化物具有了更廣泛的用途，如可用于光電、催化、超導(dǎo)等領(lǐng)域。硫化鎳就是一種金屬硫化物，它具有多樣的結(jié)構(gòu)特征(花瓣?duì)?、棒狀、針狀球狀?。另外目前關(guān)于硫化鎳的報(bào)道并不多見(jiàn)，其中合成硫化鎳的方法主要包括固相法，模板法，無(wú)溶劑合成法，均勻成電法，溶劑熱法等。但是上述合成方法過(guò)程復(fù)雜，增加了材料的生產(chǎn)成本，并且所使用的化學(xué)藥品毒性較大。
[0004]石墨烯具有很高的比表面積，優(yōu)良的導(dǎo)電性，超強(qiáng)的力學(xué)性能，是一種超薄二維納米材料，具有電子流動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子器件、新能源電極材料及催化材料。但是普通的氧化石墨烯的催化和導(dǎo)電性能不是很高，主要原因在于含有大量缺陷和含氧基團(tuán)，阻礙電子的傳輸。將石墨烯進(jìn)行功能化有助于提高其電化學(xué)性能，如通過(guò)氮摻雜可使其具有優(yōu)良的電化學(xué)性能。
[0005]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN104465127A，公開(公告)日2015.03.25，公開了一種快速制備石墨烯/硫化銀量子點(diǎn)納米復(fù)合材料的方法:將氧化石墨烯與AgN03分散到二甲基亞砜溶液，攪拌后，將溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中在150 -200°C溫度下反應(yīng)10 - 15h0將反應(yīng)所得產(chǎn)物用丙酮多次沖洗，并用酒精進(jìn)行超聲振蕩清洗，離心分離和真空干燥得石墨烯/硫化銀量子點(diǎn)納米復(fù)合材料，但該技術(shù)使用的反應(yīng)溶劑為有機(jī)溶劑，毒性較大，一旦發(fā)生意外危害性也較大。
[0006]中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN104818016A，公開(公告)日2015.08.05，公開了一種用于三價(jià)金離子檢測(cè)的新方法。本發(fā)明提供了用于三價(jià)金離子檢測(cè)的石墨烯量子點(diǎn)，其制備方法包括如下步驟:以檸檬酸和L -半胱氨酸為主要原料，通過(guò)水熱反應(yīng)合成L -半胱氨酸功能化的熒光石墨烯量子點(diǎn)。但該技術(shù)使用的碳源為檸檬酸，且最終產(chǎn)品為功能化的石墨烯量子點(diǎn)，未能引入第二相組元，未能實(shí)現(xiàn)對(duì)于材料的復(fù)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種制備氮摻雜石墨烯與硫化鎳量子點(diǎn)納米復(fù)合材料的方法，通過(guò)水熱原位生長(zhǎng)的方法，得到納米復(fù)合材料。方法簡(jiǎn)單，成本低，這為其在超級(jí)電容器、光催化、太陽(yáng)能電池的應(yīng)用提供一種有效的方法。
[0008]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明通過(guò)將鎳源、作為硫源的L -半胱氨酸、作為氮源的ΝΗ3.H20和氧化石墨烯溶液依次充分混合后，在水熱環(huán)境的作用下，實(shí)現(xiàn)硫化鎳量子點(diǎn)均勻生長(zhǎng)到氮摻雜的石墨稀上，得到了氮摻雜石墨稀與硫化鎳量子點(diǎn)納米復(fù)合材料。
[0010]所述的L -半胱氨酸，其濃度為2?4mmol ;
[0011]所述的鎳源優(yōu)選采用六水合硝酸鎳等鎳鹽，其濃度為2?4mmol ；
[0012]所述的L -半胱氨酸和鎳源摩爾比為0.5?2 ;
[0013]所述的水熱反應(yīng)的溫度為160?180°C，反應(yīng)時(shí)間為6?24小時(shí)；
[0014]本發(fā)明涉及上述方法制備得到的氮摻雜石墨烯與硫化鎳量子點(diǎn)納米復(fù)合材料，氮摻雜的石墨烯上均勻生長(zhǎng)有具有硫化鎳量子點(diǎn)，即硫化鎳納米晶顆粒。
[0015]所述的硫化鎳量子點(diǎn)的直徑為10?50nm。
[0016]所述的氮摻雜的石墨烯中，含氮量為2?4wt%，厚度為1.9?2.5nm。
[0017]本發(fā)明涉及上述氮摻雜石墨烯與硫化鎳量子點(diǎn)納米復(fù)合材料的應(yīng)用，可將其用于制備超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池、鋰電池儲(chǔ)能材料或催化材料。
技術(shù)效果
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果包括:
[0019]1)使用L -半胱氨酸作為硫源，作為生物體內(nèi)常見(jiàn)的氨基酸，目前通過(guò)發(fā)酵法和酶法合成法等已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)。采用L -半胱氨酸為硫源，與傳統(tǒng)硫源(硫脲，硫代乙酰胺等)相比，更加環(huán)保，對(duì)身體無(wú)毒無(wú)害。
[0020]2)被摻雜的石墨烯，其本身催化導(dǎo)電活性也會(huì)大大提高，這是由于其在被摻雜的同時(shí)，本身也被還原，含氧基團(tuán)減少。
[0021]3)氮摻雜石墨烯與硫化鎳量子點(diǎn)，二者形成一種新型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，有利于電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中電子的傳輸和空穴的分離，在超級(jí)電容器，催化材料，太陽(yáng)能電池及鋰電儲(chǔ)能材料中具有非常廣泛的應(yīng)用潛力。
[0022]4)相比于其它方法，本發(fā)明的溶劑熱原位生長(zhǎng)法，使用溶劑為水，環(huán)保廉價(jià)，且反應(yīng)條件可控(溫度、時(shí)間、原材料)，操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)儀器廉價(jià)，產(chǎn)率高，可重復(fù)性好等優(yōu)良特性。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的氮摻雜石墨烯與硫化鎳量子點(diǎn)納米復(fù)合材料的整體TEM圖；
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的氮摻雜石墨烯與硫化鎳量子點(diǎn)納米復(fù)合材料的高倍TEM圖;
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的氮摻雜石墨烯與硫化鎳量子點(diǎn)納米復(fù)合材料的XRD 圖；
【具體實(shí)施方式】
實(shí)施例1
[0026]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0027]1)采用Hummers法制備氧化石墨稀粉；
[0028]2)分別將3mmol的六水合硝酸鎳，即Ni(N03)2.6Η20和3mmol的L -半胱氨酸溶于75mL的H20中，再加入5mL的NH3 *H20(20wt% )，攪拌45分鐘，向上述溶液中加入140mg步驟1中得到的氧化石墨烯粉，進(jìn)一步攪拌并