專利名稱：一種氧化石墨烯/二氧化鈦復合光催化材料及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種光催化復合材料及其制備方法，屬于光催化技術(shù)領域，適用于無機、有機污染物的催化降解。
背景技術(shù)：
近年來，能源危機和環(huán)境污染等問題日益嚴峻，世界各國對節(jié)約能源和保護環(huán)境都非常重視。光催化以其常溫反應和可以直接利用太陽能進行催化降解等特點，被認為是一種極具廣泛應用前景的環(huán)境污染凈化技術(shù)。自1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)銳鈦礦相二氧化鈦能有效凈化污水以來，二氧化鈦作為一種綠色環(huán)保型催化劑受到人們的關(guān)注并得到廣泛研究。然而，光催化過程中二氧化鈦光生載流子極易重新復合，導致光量子效率很低，從而影響其光催化效率，所以降低光生載流子的復合可以提高光催化效率。石墨烯是一種碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種炭質(zhì)新材料。有獨特的力學、熱學、光學和比碳納米管更優(yōu)異的電學性質(zhì)。氧化石墨烯是石墨烯重要的派生物，結(jié)構(gòu)與石墨烯大體相同。氧化石墨烯片具有比表面積大和離子交換能力強的特點。與石墨是一種疏水性物質(zhì)不同，氧化石墨烯具有大量的含氧基團諸如C-O-C，C-OH, C = O, COOH 等與石墨層共價相連羥基、羧基等基團，是一種親水性物質(zhì)，能夠在純水中形成穩(wěn)定的懸浮液，這些特點都賦予其與二氧化鈦良好的復合能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是綠色環(huán)保型催化劑光催化效率低的問題。提供一種氧化石墨烯/二氧化鈦復合光催化材料及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料，該復合光催化材料結(jié)構(gòu)二氧化鈦分布于氧化石墨烯材料的上下表面及邊緣區(qū)域，形成一種納米級二氧化鈦均勻分散于微米級氧化石墨烯片層的復合光催化材料。該復合光催化材料的制備方法，包括以下步驟步驟一將氧化石墨烯配成質(zhì)量濃度0. 1 lg/L的水懸浮液；步驟二在攪拌條件下依次緩慢將聚乙二醇、冰醋酸和鈦酸四丁酯加入到無水乙醇中配成混合液，其質(zhì)量濃度依次為聚乙二醇2. 5 3. 5g/L，冰醋酸0. 2 0. 3g/L，鈦酸四丁酯 0. 1 0. 2g/L ；步驟三取步驟一配制的氧化石墨烯水懸浮液2 8ml，滴加到步驟二配制的30 40ml混合液中，室溫下勻速攪拌1 5天，形成混合液；步驟四將步驟三中所得的混合液干燥，得到固態(tài)混合物；步驟五將步驟四中所得固態(tài)混合物放入容器中，在惰性氣體保護下于400°C 450°C煅燒0. 5 3小時，冷卻后，得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化劑。步驟二中的攪拌速度為50 150r/min。
步驟三中的氧化石墨烯水懸浮液滴加速度為50 500 μ 1/min。步驟五中固態(tài)混合物放入的容器包括石英容器、玻璃容器、陶瓷容器；所述的惰性氣體包括體積分數(shù)大于99Vol. %的氬氣，體積分數(shù)大于99Vol. %的氮氣，體積分數(shù)大于99Vol. %的氬氫混合氣。本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果二氧化鈦分布于氧化石墨烯材料的上下表面及邊緣區(qū)域，形成一種納米級二氧化鈦均勻分散于微米級氧化石墨烯片層的復合光催化材料。氧化石墨烯與二氧化鈦復合材料在惰性氣體保護下經(jīng)過低溫煅燒，形成較穩(wěn)定的化學鍵。并且由于氧化石墨烯獨特的官能團結(jié)構(gòu)，二氧化鈦導帶上激發(fā)電子能夠快速轉(zhuǎn)移到氧化石墨烯材料上，進而提高光催化反應速率。


圖1氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料的示意圖。圖2純銳鈦礦相T^2與制得氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料對甲基橙的光催化降解圖。
具體實施例方式一種氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料，該復合光催化材料結(jié)構(gòu)二氧化鈦分布于氧化石墨烯材料的上下表面及邊緣區(qū)域，形成一種納米級二氧化鈦均勻分散于微米級氧化石墨烯片層的復合光催化材料。一種氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料及其制備方法之一的步驟包括步驟一將氧化石墨烯配成質(zhì)量濃度0. lg/L的水懸浮液；步驟二在攪拌速度為50r/min條件下依次緩慢將聚乙二醇、冰醋酸和鈦酸四丁酯加入到無水乙醇中配成混合液，其質(zhì)量濃度依次為聚乙二醇2. 5g/L，冰醋酸0. 3g/L，鈦酸四丁酯 0. lg/L ；步驟三取步驟一配制的氧化石墨烯水懸浮液anl，以滴加速度為50 μ 1/min滴加到步驟二配制的30ml混合液中，15°C下勻速攪拌1天，形成混合液；步驟四將步驟三中所得的混合液在60°C干燥后得到固態(tài)混合物；步驟五將步驟四中所得固態(tài)混合物放入容器中，在體積分數(shù)大于99Vol. %的氮氣保護下于400°C煅燒0. 5小時，冷卻后得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化劑。一種氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料及其制備方法之二的步驟包括步驟一將氧化石墨烯配成質(zhì)量濃度0. 3g/L的水懸浮液；步驟二在攪拌速度為lOOr/min的條件下依次緩慢將聚乙二醇、冰醋酸和鈦酸四丁酯加入到無水乙醇中配成混合液，其質(zhì)量濃度依次為聚乙二醇3g/L，冰醋酸0. 25g/L， 鈦酸四丁酯0. 15g/L ；步驟三取步驟一配制的氧化石墨烯水懸浮液:3ml，以滴加速度為100 μ 1/min滴加到步驟二配制的35ml混合液中，20°C下勻速攪拌3天，形成混合液；步驟四將步驟三中所得的混合液在65°C干燥后得到固態(tài)混合物；步驟五將步驟四中所得固態(tài)混合物放入容器中，在體積分數(shù)大于99Vol. %的氮氣
4保護下于450°C煅燒2小時，冷卻后得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化劑。一種氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料及其制備方法之三的步驟包括步驟一將氧化石墨烯配成質(zhì)量濃度0. 6g/L的水懸浮液；步驟二在攪拌速度為120r/min條件下依次緩慢將聚乙二醇、冰醋酸和鈦酸四丁酯加入到無水乙醇中配成混合液，其質(zhì)量濃度依次為聚乙二醇2. 8g/L，冰醋酸0. 28g/L, 鈦酸四丁酯0. 18g/L ；步驟三取步驟一配制的氧化石墨烯水懸浮液5ml，以滴加速度為200 μ 1/min滴加到步驟二配制的38ml混合液中，22°C下勻速攪拌4天，形成混合液；步驟四將步驟三中所得的混合液在60°C干燥后得到固態(tài)混合物；步驟五將步驟四中所得固態(tài)混合物放入容器中，在體積分數(shù)大于99Vol. %的氬氣保護下于430°C煅燒2. 5小時，冷卻后得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化劑。一種氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料及其制備方法之四的步驟包括步驟一將氧化石墨烯配成質(zhì)量濃度lg/L的水懸浮液；步驟二在攪拌速度為150r/min條件下依次緩慢將聚乙二醇、冰醋酸和鈦酸四丁酯加入到無水乙醇中配成混合液，其質(zhì)量濃度依次為聚乙二醇3. 5g/L，冰醋酸0. 2g/L，鈦酸四丁酯0. 2g/L ；步驟三取步驟一配制的氧化石墨烯水懸浮液8ml，以滴加速度為500 μ 1/min滴加到步驟二配制的40ml混合液中，25°C下勻速攪拌5天，形成混合液；步驟四將步驟三中所得的混合液在60°C干燥后得到固態(tài)混合物；步驟五將步驟四中所得固態(tài)混合物放入容器中，在體積分數(shù)大于99Vol. %的氬氫混合氣保護下于450°C煅燒3小時，冷卻后得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化劑。圖1氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料的示意圖。由于氧化石墨烯獨特的官能團結(jié)構(gòu)，使二氧化鈦導帶上激發(fā)電子能夠快速轉(zhuǎn)移到氧化石墨烯材料上，減少二氧化鈦載流子之間的復合反應，延長載流子復合時間，從而有效提高光催化效率。圖2純銳鈦礦相TW2與制得氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料對甲基橙的光催化降解圖。從曲線上可見所得復合催化劑材料催化效率遠高于純銳鈦礦相二氧化鈦。
權(quán)利要求
1.一種氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料，其特征在于該復合光催化材料結(jié)構(gòu)二氧化鈦分布于氧化石墨烯材料的上下表面及邊緣區(qū)域，形成一種納米級二氧化鈦均勻分散于微米級氧化石墨烯片層的復合光催化材料。
2.一種氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化材料的制備方法，其特征在于該復合光催化材料的制備方法，包括以下步驟步驟一將氧化石墨烯配成質(zhì)量濃度0. 1 lg/L的水懸浮液；步驟二在攪拌條件下依次緩慢將聚乙二醇、冰醋酸和鈦酸四丁酯加入到無水乙醇中配成混合液，其質(zhì)量濃度依次為聚乙二醇2. 5 3. 5g/L，冰醋酸0. 2 0. 3g/L，鈦酸四丁酯 0. 1 0. 2g/L ；步驟三取步驟一配制的氧化石墨烯水懸浮液2 8ml，滴加到步驟二配制的30 40ml 混合液中，室溫下勻速攪拌1 5天，形成混合液；步驟四將步驟三中所得的混合液干燥，得到固態(tài)混合物；步驟五將步驟四中所得固態(tài)混合物放入容器中，在惰性氣體保護下于400°C 450°C 煅燒0. 5 3小時，冷卻后，得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦復合光催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化石墨烯/二氧化鈦復合光催化材料的制備方法，其特征在于步驟二中的攪拌速度為50 150r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化石墨烯/二氧化鈦復合光催化材料的制備方法，其特征在于步驟三中的氧化石墨烯水懸浮液滴加速度為50 500μ 1/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化石墨烯/二氧化鈦復合光催化材料的制備方法，其特征在于步驟五中固態(tài)混合物放入的容器包括石英容器、玻璃容器、陶瓷容器；所述的惰性氣體包括體積分數(shù)大于99Vol. %的氬氣，體積分數(shù)大于99Vol. %的氮氣，體積分數(shù)大于99Vol. %的氬氫混合氣。
全文摘要
一種氧化石墨烯/二氧化鈦復合光催化材料及其制備方法，屬于光催化技術(shù)領域，適用于污染物的催化降解。解決了催化劑光催化效率低的問題。該復合光催化材料的結(jié)構(gòu)一種納米級二氧化鈦均勻分散于微米級氧化石墨烯片層的復合光催化材料。其的制備方法一將氧化石墨烯配成水懸浮液；二在攪拌條件下依次緩慢將聚乙二醇、冰醋酸和鈦酸四丁酯加入到無水乙醇中配成混合液；三取步驟一配制的氧化石墨烯水懸浮液滴加到步驟二配制的混合液中，室溫下勻速攪拌，形成混合液；四將步驟三中所得的混合液干燥，得到固態(tài)混合物；五將步驟四中所得固態(tài)混合物放入容器中，在惰性氣體保護下于煅燒，得到氧化石墨烯/二氧化鈦復合光催化劑。
文檔編號B01J21/18GK102423702SQ20111045602
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者何大偉, 富鳴, 張慧, 楊冰洋, 王永生, 王聞碩 申請人:北京交通大學