一锅法快速制备多组分石墨烯复合材料

石墨烯是一种由碳原子紧密堆积所形成的单层片状结构的新材料。石墨烯具有优异的电学、力学、热学等特性,已经在物理、化学、材料等许多领域引起了广泛的关注。石墨烯特殊的纳米结构以及突出的物理和化学性质使其具有广泛的应用前景,例如可作为电池以及超级电容器电极材料、光学和化学传感器材料、高性能复合材料和智能材料等。近年来,科学家们采用各种不同方法制备了多种基于石墨烯的复合材料,例如石墨烯/金属、石墨烯/氧化物、石墨烯/聚合物等,并探索了他们在催化、电子、能源、环境以及生物医药等领域的应用。这些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。