本發(fā)明提供了一種新型的、非常簡(jiǎn)易地制備方形銅納米粒子-石墨烯-泡沫鎳復(fù)合材料的方法，屬于材料化學(xué)制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
貴金屬納米粒子(金、銀、鉑、鈀)由于其具有良好的電學(xué)性能、化學(xué)性能、催化性能等而被廣泛研究，石墨烯由于其高的比表面積、高的導(dǎo)電性和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性成為負(fù)載金屬粒子的理想載體。利用兩者的協(xié)同效應(yīng)使得復(fù)合材料具有優(yōu)異的催化、電化學(xué)傳感和氣體傳感等性能。然而貴金屬儲(chǔ)量有限，非貴金屬銅納米粒子被發(fā)現(xiàn)具有較好的催化、傳感性能，用以替代貴金屬納米粒子，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了還原氧化石墨烯和銅納米粒子的復(fù)合用于催化，傳感等領(lǐng)域。但是化學(xué)法制備的還原氧化石墨烯/銅納米粒子復(fù)合材料大多是以溶液、粉末、氣凝膠的形式存在，難以回收再利用。而且其導(dǎo)電性、機(jī)械性能也不如cvd法制備的石墨烯。目前，cvd法制備的石墨烯和非貴金屬銅納米粒子的復(fù)合結(jié)構(gòu)也有報(bào)道，但是其制備往往使用各種化學(xué)試劑對(duì)無(wú)官能團(tuán)的cvd石墨烯表面進(jìn)行修飾，再進(jìn)行連接劑連接，工藝步驟復(fù)雜，銅粒子表面還有表面修飾劑包附，由此降低了銅納米粒子的性能。本方法一步成形，直接將cvd法制備的石墨烯-泡沫鎳浸入cuso4溶液中進(jìn)行置換反應(yīng)，制備出新型的銅納米粒子-石墨烯-泡沫鎳復(fù)合材料，工藝簡(jiǎn)單,成本低，重復(fù)性強(qiáng)，綠色環(huán)保，復(fù)合產(chǎn)物均勻穩(wěn)定。所制備的方形銅納米粒子均勻分布在三維骨架石墨烯表面不易團(tuán)聚,充分利用石墨烯、銅粒子各自?xún)?yōu)異的電學(xué)、催化和傳感等性能的協(xié)同效應(yīng)，所制備的復(fù)合材料反應(yīng)活性位點(diǎn)多、粒子尺寸均一、比表面積大、生物相容性好、導(dǎo)電性好，在催化、生物傳感、環(huán)境保護(hù)、表面增強(qiáng)拉曼散射、能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提供一種制備方形銅納米粒子-石墨烯-泡沫鎳復(fù)合材料的方法，該方法直接將覆蓋上石墨烯的泡沫鎳浸入cuso4溶液中進(jìn)行置換反應(yīng)，制備出尺寸和分布都均勻的方形銅納米粒子。本方法沒(méi)有復(fù)雜的工藝步驟和各種化學(xué)試劑的使用，直接一步成形，成本低、操作簡(jiǎn)單易行、效率高、可以穩(wěn)定大量制備。
技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種制備方形銅納米粒子-石墨烯-泡沫鎳復(fù)合材料的方法包括以下步驟：
a.cvd法制備石墨烯-泡沫鎳：泡沫鎳分別用丙酮、乙醇、去離子水各清洗15-20分鐘，以去除表面氧化物層，再用n2吹干；
b.放入爐石英管內(nèi)抽真空，排除管內(nèi)的空氣，通入ar和h2，以15℃-20℃/min的速度升溫至900℃-1000℃，并在此溫度下退火30-40mins；
c.生長(zhǎng)石墨烯時(shí)通入ch4和h2，生長(zhǎng)5-10mins，生長(zhǎng)后斷開(kāi)ch4，并快速降溫，等爐子冷卻到室溫后取出樣品，得到覆蓋上石墨烯的泡沫鎳材料；
d.銅粒子-石墨烯-泡沫鎳的制備：直接將上述cvd法制備的石墨烯-泡沫鎳浸入0.05mm-0.1mm的cuso4溶液中置換反應(yīng)1-1.5h就得到方形銅納米粒子-石墨烯-泡沫鎳復(fù)合材料。
其中：
步驟b中，通入ar時(shí)間為100-150sccm，通入h2時(shí)間為20-50sccm。
步驟c中，通入通入ch4時(shí)間為10-15sccm，通入h2時(shí)間為50-100sccm。有益效果：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了銅納米粒子和石墨烯的復(fù)合，充分發(fā)揮其各自?xún)?yōu)異的電學(xué)、催化和傳感等性能的協(xié)同效應(yīng)。該復(fù)合材料采用未去掉泡沫鎳骨架的三維石墨烯作為基底材料，克服了去骨架的三維孔洞結(jié)構(gòu)石墨烯宏觀強(qiáng)度低、去除基底后易發(fā)生坍塌變形甚至斷裂等弊端，提高了復(fù)合材料的機(jī)械性能；減少了去除基底復(fù)雜的轉(zhuǎn)移工藝，可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)；同時(shí)也避免了在去除基底的過(guò)程中的一些有毒化學(xué)試劑地使用，利于環(huán)境保護(hù)。未使用任何的修飾劑和表面活性劑作為銅納米粒子的鏈接劑，大大減少了工藝步驟，節(jié)省了成本，改善了由于修飾劑的使用造成的性能的降低。方法工藝簡(jiǎn)單，一步成形，操作方便，對(duì)技術(shù)要求不高，易于實(shí)現(xiàn)，環(huán)境污染小，可重復(fù)性好，為銅納米粒子-石墨烯-泡沫鎳復(fù)合材料的制備提供了一種有效方法。
具體實(shí)施方式
cvd法制備石墨烯-泡沫鎳：采用泡沫鎳為基底(面密度為250g1m-2，厚度為1.5mm，尺寸為4-10cm2)，基底分別用丙酮、乙醇、去離子水各清洗15-20分鐘，以去除表面氧化物層，再用n2吹干。放入爐石英管內(nèi)抽真空，排除管內(nèi)的空氣，通入ar(100-150sccm)和h2(20-50sccm)，以15℃-20℃/min的速度升溫至900℃-1000℃，并在此溫度下退火30-40mins。生長(zhǎng)石墨烯時(shí)通入ch4(10-15sccm)和h2(50-100sccm)，生長(zhǎng)5-10mins后斷開(kāi)ch4，并快速降溫，等爐子冷卻到室溫后取出樣品，得到覆蓋上石墨烯的泡沫鎳材料；
銅粒子-石墨烯-泡沫鎳的制備：直接將上述cvd法制備的石墨烯-泡沫鎳浸入0.05mm-0.1mm的25-50mlcuso4溶液中置換反應(yīng)1-1.5h就得到銅粒子-石墨烯-泡沫鎳復(fù)合材料。