本發(fā)明涉及一種新型光催化劑的合成方法，具體為一種石墨烯量子點/釩摻雜介孔二氧化鈦復合光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)：
當前，生產(chǎn)力的高速發(fā)展對推動我們的經(jīng)濟的發(fā)展起到了不可替代的作用，然而，隨之環(huán)境問題也越來越嚴重，特別是有機污染物帶給我們環(huán)境的污染作為顯著，采用平常的降解方法很難將其降解。因此，開發(fā)一種簡便有效的方法來降解有機污染物是人類社會急需解決的問題。雖然目前有許多治理手段，但是光催化處理有機物污染物的技術(shù)由于其廉價，無毒，節(jié)能，高效的優(yōu)勢逐漸成為各界人士研究的重點，也是未來環(huán)境治理的主要研究方向。然而傳統(tǒng)的光催化降解有機污染物只是單方面使得有機物降解，或許只是單方面的達到的降解目的，并沒有真正意義上達到徹底降解。因此有必要必要探索和開發(fā)新型的光催化劑，實現(xiàn)有機物污染物向綠色化學能源的轉(zhuǎn)化。這樣不僅有利于環(huán)境的治理，也有利于緩解能源危機，同時為環(huán)境治理提供了新的思路。自Fujishima和Honda在半導體單晶電極上發(fā)現(xiàn)水的光解反應(yīng)后，就掀開了多相半導體光催化研究的首頁。而人們較清楚地認識到半導體催化劑對有機污染物的礦化功能，則是在Pruden和Ollis發(fā)現(xiàn)TiO2能將鹵化有機物，如三氯乙烯、二氯甲烷等進行光催化降解現(xiàn)象后。從此，利用光催化技術(shù)治理環(huán)境問題就成為最活躍的研究領(lǐng)域之一。在眾多的半導體中，TiO2以其優(yōu)異的光電性能而被廣泛研究，但由于其本身能帶結(jié)構(gòu)的限制，使得其對可見光的響應(yīng)范圍大大減小，對太陽光的利用率低，同時純的二氧化鈦自身的光生電子與空穴的結(jié)合率很大，進一步降低的催化效果。而釩摻雜介孔二氧化鈦合成方法簡單，原材料便宜，較大的比表面積，而且對可見光有很好的吸收，并且引入光敏性與電子傳導良好的石墨烯量子點，將更有利于改善催化劑的性質(zhì)，提高其光催化降解有機物的性能，并將其降解產(chǎn)物CO2又光催化還原為有用的碳氫化合物。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種復合光催化劑的制備方法，為解決當今污染、能源問題提供了新材料。本發(fā)明的光催化劑能將有機污染物向綠色化學能源進行轉(zhuǎn)化，這不僅有利于環(huán)境的治理，也有利于緩解能源危機，同時為環(huán)境治理提供了新的思路。本發(fā)明的材料制備操作簡單、生產(chǎn)成本低廉、合成的產(chǎn)率較高，純度也很高以及重復性好，適合擴大化生產(chǎn)的要求。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種石墨烯量子點的合成方法，其特征在于：取0.5~0.7克檸檬酸與0.6~0.8克尿素溶于10~20毫升的去離子水中，充分溶解后置于水熱罐中，放入160~220℃的馬弗爐中恒溫8~12小時，冷卻至常溫得到分散均勻的石墨烯量子點溶液。一種石墨烯量子點/釩摻雜介孔二氧化鈦復合光催化劑的制備方法，其特征在于方法步驟如下：（1）將0.1毫升二乙烯三胺溶于80~100毫升異丙醇溶劑中，充分攪拌5分鐘，隨后加入3~6毫升鈦酸異丙脂，充分攪拌后加入0.1~0.4毫升三異丙基氧化釩；（2）溶液均勻攪拌后置于水熱罐中，放入200℃的馬弗爐中恒溫24小時；（3）將水熱后的樣品進行多次離心、洗滌后放入烘箱中干燥后得到釩摻雜介孔二氧化鈦微球；（4）取1~3毫升上述得到的石墨烯量子點分散液于20~100毫升去離子水，超聲后得到溶液A；（5）取0.1~0.5克步驟（1）~（3）得到的釩摻雜介孔二氧化鈦微球溶于10~30毫升水，超聲10~30分鐘，然后將溶液A緩慢加入，常溫條件下攪拌10~24小時；（6）然后將樣品進行多次過濾、洗滌后放入真空干燥箱中干燥后得到目標催化劑。一種上述復合光催化劑光催化轉(zhuǎn)化有機污染物亞甲基藍為碳氫化合物的應(yīng)用，該催化材料是由石墨烯量子點和釩摻雜介孔二氧化鈦微球復合而成；在模擬太陽光下，該催化劑可以將亞甲基藍礦化成CO2和H2O，然后同時將產(chǎn)生的二氧化碳還原為有用的碳氫化合物，如甲醇，乙醇，甲烷等。當石墨烯量子點的負載量為5%時，材料的催化效果最佳。亞甲基藍的去除率可達99.99%，甲醇和乙醇的產(chǎn)率分別達到13.24和5.65摩爾/克/小時。本發(fā)明的優(yōu)點是：1、釩的摻雜減小了二氧化鈦的禁帶寬度，從而提高了其在可見光下的響應(yīng)范圍；2、同時利用了石墨烯量子點的光敏化作用與超強電子傳導能力，不僅抑制了光生電子與空穴的復合，又提高了光的利用率；3、既減少污染，又緩解了能源危機，并為環(huán)境治理、能源危機問題提供了新思路；4、本發(fā)明的材料廉價易得，合成方法簡單，合成的產(chǎn)率及純度較高，實驗重復性好，適合擴大化生產(chǎn)的要求。附圖說明圖1為TiO2以及與0%、1%、5%、10%不同比例石墨烯量子點負載Ti0.95V0.05O2的X射線粉末衍射對比圖。圖2為TiO2以及與0%、1%、5%、10%不同比例石墨烯量子點負載Ti0.95V0.05O2的拉曼光譜對比圖。圖3為TiO2，Ti0.95V0.05O2以及與5%石墨烯量子點負載比例的Ti0.95V0.05O2掃描電鏡圖（TiO2（a），Ti0.95V0.05O2（c），5%石墨烯量子點負載比例的Ti0.95V0.05O2（e）的掃描電鏡圖與TiO2（b），Ti0.95V0.05O2（d），5%石墨烯量子點負載比例的Ti0.95V0.05O2（f）的透射電鏡圖。）圖4為TiO2以及與0%、1%、5%、10%不同比例石墨烯量子點負載Ti0.95V0.05O2的催化劑的紫外可見漫反射圖。圖5為TiO2以及與0%、1%、5%、10%不同比例石墨烯量子點負載Ti0.95V0.05O2的催化劑在模擬太陽光的誘導下，降解還原亞甲基藍為甲醇和乙醇的效果圖。圖6為TiO2、Ti0.95V0.05O2以及5%GQDs/Ti0.95V0.05O2的熒光圖。圖7為催化劑5%石墨烯量子點負載比例的Ti0.95V0.05O2在降解還原亞甲基藍光照0，2，4，6，8小時的紫外可見全波段圖。具體實施方式1.催化劑的合成（1）Ti1-xVxO2的合成a.Ti0.95V0.05O2的合成取0.1毫升二乙烯三胺溶于80毫升異丙醇溶劑中，充分攪拌5分鐘，隨后2.81毫升的鈦酸異丙脂，充分攪拌10分鐘，之后加入0.12毫升三異丙基氧化釩，將混合溶液均勻后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中200℃水熱反應(yīng)24小時后，離心分離，并用去離子水洗滌數(shù)遍，放入烘箱中干燥一夜，得到介孔二氧化鈦微球Ti0.95V0.05O2。b.Ti0.9V0.1O2的合成取0.1毫升二乙烯三胺溶于80毫升異丙醇溶劑中，充分攪拌5分鐘，隨后2.66毫升的鈦酸異丙脂，充分攪拌10分鐘，之后加入0.24毫升三異丙基氧化釩，將混合溶液均勻后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中200℃水熱反應(yīng)24小時后，離心分離，并用去離子水洗滌數(shù)遍，放入烘箱中干燥一夜，得到介孔二氧化鈦微球Ti0.9V0.1O2。c.Ti0.8V0.2O2的合成取0.1毫升二乙烯三胺溶于80毫升異丙醇溶劑中，充分攪拌5分鐘，隨后2.37毫升的鈦酸異丙脂，充分攪拌10分鐘，之后加入0.48毫升三異丙基氧化釩，將混合溶液均勻后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中200℃水熱反應(yīng)24小時后，離心分離，并用去離子水洗滌數(shù)遍，放入烘箱中干燥一夜，得到介孔二氧化鈦微球Ti0.8V0.2O2。（2）石墨烯量子點制備:取0.525克檸檬酸與0.6006克尿素溶于12毫升的去離子水中，充分溶解后置于水熱罐中，放入160~220℃的馬弗爐中恒溫8~12小時，得到石墨烯量子點溶液。（3）不同負載比例GQDs/Ti0.95V0.05O2的制備：a.1%GQDs/Ti0.95V0.05O2的制備稱取步驟（1）制得的Ti0.95V0.05O2樣品0.205克溶于10毫升水，將其混合溶液超聲5分鐘，隨后可分別加入溶度為0.205毫克/毫升的石墨烯量子點溶液1毫升，常溫攪拌10~24小時，過濾、洗滌、干燥，得到石墨烯量子點負載比例為1%的介孔二氧化鈦復合光催化劑，表達式為1%GQDs/Ti0.95V0.05O2。b.5%GQDs/Ti0.95V0.05O2的制備稱取步驟（1）制得的Ti0.95V0.05O2樣品0.205克溶于10毫升水，將其混合溶液超聲5分鐘，隨后可分別加入溶度為0.205毫克/毫升的石墨烯量子點溶液5毫升，常溫攪拌10~24小時，過濾、洗滌、干燥，得到石墨烯量子點負載比例為5%的介孔二氧化鈦復合光催化劑，表達式為5%GQDs/Ti0.95V0.05O2。c.10%GQDs/Ti0.95V0.05O2的制備稱取步驟（1）制得的Ti0.95V0.05O2樣品0.205克溶于10毫升水，將其混合溶液超聲5分鐘，隨后可分別加入溶度為0.205毫克/毫升的石墨烯量子點溶液10毫升，常溫攪拌10~24小時，過濾、洗滌、干燥，得到石墨烯量子點負載比例為10%的介孔二氧化鈦復合光催化劑，表達式為10%GQDs/Ti0.95V0.05O2。如圖1-圖7所示，經(jīng)X射線粉末衍射測試結(jié)果表明，經(jīng)X射線粉末衍射測試結(jié)果表明，本發(fā)明的不同比例的石墨烯量子點負載Ti0.95V0.05O2的衍射圖與TiO2的完全一致，說明釩的摻雜和石墨烯的負載并沒有影響TiO2的晶型。從拉曼光譜中看出所制備的不同比例的石墨烯量子點負載Ti0.95V0.05O2催化劑的拉曼峰與TiO2的拉曼峰完全一致，說明釩成功摻雜進了二氧化鈦晶格中。雖然XRD中沒有石墨烯量子點的衍射峰峰，但是拉曼譜圖中出現(xiàn)了石墨烯量子點的特征峰，說明成功將石墨烯量子點負載到了釩摻雜的二氧化鈦上。從掃面電鏡圖與透射電鏡可以看出不同比例的石墨烯量子點負載Ti0.95V0.05O2的催化劑是由細小顆粒組成的球體結(jié)構(gòu)。從紫外-可見漫反射譜圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著石墨烯量子點量的增加，對可見光的吸收有明顯增強，并且其最大吸收波長也發(fā)生了紅移，這都有利于光催化效果的提高。XPS和EDS分析都表明本發(fā)明的不同比例石墨烯量子點負載Ti0.95V0.05O2的復合催化劑是由石墨烯量子點和Ti0.95V0.05O2復合組成。在一個密閉的玻璃光反應(yīng)系統(tǒng)模擬太陽光下，當石墨烯的負載量為5%時，表達式為5%GQDs/Ti0.95V0.05O2，催化效果最佳，將亞甲基藍轉(zhuǎn)化為甲醇和乙醇的產(chǎn)率分別達到13.24和5.65摩爾/克/小時，亞甲基藍的去除率可達99.99%。通過TOC和全波段降解數(shù)據(jù)可以證實該催化劑可以將亞甲基藍礦化成CO2和H2O。本發(fā)明的石墨烯量子點負載Ti0.95V0.05O2的復合催化劑在模擬太陽光下，既有良好的光催化降解有機物效果，有能將生成的二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳氫化合物，實現(xiàn)了將光催化氧化與光催化還原技術(shù)有效結(jié)合，大大提高了太陽光的利用率。本發(fā)明的催化劑將危害環(huán)境的有機污染物變廢為寶，既減少污染，又緩解了能源危機，并為環(huán)境治理、能源危機問題提供了新思路。