石墨烯为电子传递介质Co还原制备Ru石墨烯复合材料

石墨烯为电子传递介质石墨烯为电子传递介质CoCo还原制备还原制备RuRu石墨烯复合材料石墨烯复合材料 第27卷第1期xx年1月陇东学院学报Journal ofLongdong UniversityVo1 27No 1Jan xx1674 1730 xx 01 0037 03石墨烯为电子传递介质Co还原制备Ru一石墨烯复合材料孔超 韩 彦霞 陈东平 侯丽杰 仵博万 陇东学院化学化工学院 甘肃庆阳 745000 摘要以氧化石墨为原料 采用光还原法先将金属co沉积于石 墨烯表面 然后将其加入RuC1水溶液中 金属co氧化产生的电子通 过石墨烯传递到Ru 并将其还原得到Ru 石墨烯 用透射电子显微镜 TEM X射线衍射 XRD 等技术对Ru 石墨烯复合材料进行了表征测试 结果表明 在用这种方法制备的Ru 石墨烯复合物中 沉积于石墨烯表面的Ru纳米粒子粒径小并且分布 均匀 粒径分布在1 1 5nm范围内 该研究为合成Ru石墨烯提供了新途径 同时也进一步证明了石墨烯 优良的传递电子功能 关键词Ru 石墨烯 电子传递 CoTB333A TheSynthesis0f Ru Graphene NanohybridsBased0n Grapheneas ChargeTransfer Matrix bythe Reduction0f C0K0NG Chao HAN Yan xia CHEN Dong ping H0U Li jie WU Bo wan College ofChemistry andChemical Engineering Longdong University Qingyang745000 Gansu AbstractGraphite oxidetaken asraw materials Co iSdeposited on the surface of graphehrough lightreduction methodand thenCo graphene iSadded to RuC1aqueous solution The electronsof metalCo transferstoRu through graphenesheets and Ru iS reducedto formRu graphene nanohybrids The structureof Ru graphene iScharacterized throughtransmission electronmicroscopy TEM X ray diffrae tion XRD The resultsindicate thatRU nanoparticlesonthesurfaceof graphene hasrelatively uniforiB size and thediameter ofit isin therange of1 1 5nm This researchprovides anew methodto generateRu graphene anddemonstrates theelectron functionofgraphene Key wordsRu Graphene electron transfer Co 石墨烯 Graphene 是近年来被发现的新型碳纳米材 料 与其他碳材料相比 其具有更为优异的导电性质和高的比表面 积 因此 研究者通常将催化剂与石墨烯进行复合 来提高催化体系电 子空穴的分离效率 从而提高催化剂的催化性能J Zhang等利用一步水热法合成了P25 TiO 一石墨烯 P25一G 复合材料 石墨烯的加入不仅能增强P25一G复合材料对亚甲基蓝的吸附性能 而且能将复合材料的光谱响应范围拓展至可见光区 同时 石墨烯 能有效地抑制光生电子 空穴的复合 使得P25一G复合材料在紫外光和可见光下 表现出比P 25高的催化性能 钌 Ru 和其他贵金属 如Pt和Au 相比 具有相对较低的价值 同时R u及其化合物在合成氨 费托合成 选择性加氢 硼烷氨的脱氢 CO 的氧化 CO和CO甲烷化等反应中都表现出良好的催化性能J RuO一石墨烯已被成功制备 并表现出良好的电存储能力 然而 采用简单的制备方法合成其它的石墨烯和Ru复合材料仍然是 一项具有挑战性的研究工作 本文通过原位光还原方法将co沉积在石墨烯表面 得到co一石墨烯 复合材料 将其分散在水中 加入RuC1 Ru 与石墨烯之间的库 仑力使得其被吸附在石墨烯表面 石墨烯表面的co反应 其电子通 过石墨烯传递到Ru 并将其还原成为直径为1 1 5nm的金属Ru纳 米颗粒 从而得到Ru一石墨烯复合材料 这不仅证明了石墨烯能作为优良电子传递介质 还为合成Ru一石墨 烯复合材料提供了新的途径 1实验部分1 1氧化石墨 Go 的制备xx 06 04作者简介孔超 1980一 男 甘肃宁县人 讲师 博士 主要从 事光催化研究 38陇东学院学报第27卷采用改进的Humme 法制备氧化石墨 GO J 具 体步骤如下将10g石墨和5g NaNO加入到230mL预冷至0 的浓H SO中 然后向溶液中缓慢加入30g KMnO 控制反应温度不超过20qC 移去冰水浴 升温至35 并搅拌反应2h 然后缓慢加入460mL蒸馏水 稀释反应溶液 继续反应l5min 再次用1400mL热蒸馏水稀释反应溶液 然后加入25mL H02 30 中和未反应的KMnO和反应生成的MnO 将混合物过滤 用大量HC1 110 水溶液洗涤 除去残留的金属离子和酸根离子 用饱和BaC1检 测至无硫酸根检出为止 最终产物在真空干燥24h得到氧化石墨 1 2Ru一石墨烯 Ru G 的合成在带平面窗口的密闭石英反应瓶 150 mL 中先加入100mL pH值为10的三乙醇胺水溶液 v v l0 再加 入5mg的氧化石墨 超声分散30min 然后加入500L的0 3mol L CoSO 磁力搅拌30min 再加入70mg的曙红 超声溶解 然后再在可 见光激发下光还原制备Co一石墨烯 Co G 光源为装配了420nm截止滤光片的300W氙灯 反应时间为60min 反应结束后 将样品离心分离 再用蒸馏水洗涤至上层清液无色 然后将样品分散于100mL水中超声分散 然后加入1mL RuC1溶液 Ru的浓度为2mg mL 搅拌30min 再加500txL浓硝酸 1 持续搅拌60min 将反应后的样品离心分离 洗涤 然后进行表征测试 1 2催化剂的表征催化剂的晶体结构采用日本Rigaku B Max RB型x一射线粉末衍射仪进行分析 cu靶 入 1 5406am 管电压40k v 管电流为40mA 透射电镜 TEM 高分辨透射电镜 HRTEM 在T eai G2一F30型场发射透射电镜上进行 FEI公司 美国 加速电压为300 kv 采用ESCALAB210一XPS光电子能谱仪 VG Scientific公司 英国 表征催化剂化学组成和化学状态 Mg靶 C1s 校正到284 8eV 2结果与讨论Co G复合材料的TEM表征结果如图1所示 从图可以看出 在石墨烯表面含有大量的纳米颗粒 颗粒的大小相 对比较均匀 从图1 HRTEM 可以看出 这些纳米颗粒的晶面间距为0 206nm 对 应于金属钴的 002 晶面 图1Co graphene复合材料的TEM照片Co G复合材料的XRD测试结果 见图2 表明在大于420nm的可见光激发下 氧化石墨和吸附在氧化石 墨表面的C0 能被还原生成石墨烯和金属钴 在Co G的XRD衍射曲线中 位于41 6 44 4 47 4 和75 9 的四个衍射峰分别为六方Co JCP DS 89 4308 的 100 002 101 和 110 晶面的衍射 在20 23 1 的衍射峰对应于石墨烯 其值比石墨烯典型的衍射峰的20值 23 8 小 这可能是由于石墨烯表面存在大量的钴金属颗粒造成的 此外 Co G复合材料和氧化石墨 GO 中C1s的XPS精细谱 见图3 表 明在此反应条件下 氧化石墨能被还原成为石墨烯 在图3中 285 0eV位置处的峰对应的C H C C的C 287 1eV处的峰对应的是C O C O COOH基团中的C样本 从图3可以看出 在GO样品中 287 1eV处的峰明显比285 0eV的要 强 而在co一石墨烯样品中 287 1eV处的峰明显减弱 285 0eV 处的峰明显降低 这说明在该样品中 这些C一 0 C 0 COOH基团明显减少 这表明在该反应条件下 氧化石墨能被还原成石墨烯 这与XRD表征 结果相一致 图3C0一石墨烯复合材料和氧化石墨 GO 中Cls的XPS精细谱制备得到 的Ru一石墨烯复合