专利名称：一种Ag/TiO<sub>2</sub>/石墨烯纳米复合光催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于新材料及其制备技术领域，涉及ー种Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂及其制备方法。
背景技术：
ニ氧化钛因具有良好的禁带宽度，较强的光催化氧化还原能力，以及无毒，价廉和光化学稳定性好等优点，广泛应用于太阳能转化利用和环境治理等领域。但由于ニ氧化钛只能被紫外光激发产生光生电子与空穴且它们的复合几率高，导致光催化效率偏低。因此，采用不同方法对ニ氧化钛进行修饰，从而提高光催化剂的光催化效率日益成为本领域的研究热点。石墨烯(graphene)是单层碳原子组成的ニ维纳米结构，具有优异的电学性质，以 及良好的导电性和化学稳定性。目前，石墨烯由于其独特的电子传输特性与高比表面积，使其与半导体光催化剂复合材料的研究日益成为光催化领域的研究热点之一。研究表明，石墨烯可以充当电子传递的“导线”，降低光生电子与空穴的复合几率，从而提高光催化效率。通过化学还原氧化石墨制备石墨烯是目前常用制备方法之一。但該方法在制备石墨烯的过程中所使用的强还原剂既成本高又污染环境。利用光催化还原氧化石墨制备石墨烯的文献已经有了报道。但光催化还原法制备Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂未见报道。我们综合石墨烯独特的ニ维层状结构，优异的电化学性能等优点和金属银、纳米ニ氧化钛(P25)粉体在光催化领域广泛的应用特点，通过光催化氧化还原法将金属银、纳米ニ氧化钛(P25)颗粒组装到石墨烯载体材料中，控制合成条件,制备出ー种独特的三元纳米复合光催化剂。
发明内容
本发明的目的在于提供的ー种Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂，其特征是通过光催化氧化还原法将金属银、纳米ニ氧化钛(P25)颗粒组装到ニ维层状石墨烯载体材料中，是ニ兀纳米复合光催化剂。本发明的Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂的制备方法包括以下步骤(I)将石墨氧化物超声分散在还原性醇剂中，调节石墨氧化物的浓度为O. 5 10mg/mL,超声分散I 3小时；(2)将硝酸银溶解在蒸馏水中，配制硝酸银溶液的浓度为O. Ol O. lg/L ；(3)将步骤⑴制得的氧化石墨分散液与步骤(2)制得的硝酸银溶液混合，再将ニ氧化钛(P25)分散在混合液中，调节Ag、石墨烯与ニ氧化钛的质量比为0. Ol 0.5 O. Ol O. 5 1，之后转移至光催化反应器中，在模拟太阳光下光催化还原反应I 5小时；(4)将步骤(3)的产物倒入真空抽滤装置中抽滤，用去离子水洗涤，真空干燥后获得Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂。具体的，氧化石墨浓度可以为O. 5、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10mg/mL ；超声时间可以为1、1· 5、2、2· 5或3小时；Ag、石墨烯与ニ氧化钛的质量比可以为0.01 O. 01 1,0. 02 O. 01 I、O. 03 O. 01 1,0. 04 O. 01 1,0. 05 O. 01 1,0. 01 O. 02 1,0. 01 O. 03 I、0.01 0.04 1,0.01 0.05 1,0.02 0.02 1,0.03 0.03 1,0.04 0.04 I或 O. 05 O. 05 I ；光催化反应时间可以为1、2、3、4或5小时；在上述方案的基础上，步骤(I)中，所述的还原性醇剂为甲醇、こ醇或こニ醇的ー种或几种的组合物；在上述方案的基础上，该方法制备出的Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂，其特征是贵金属Ag、纳米ニ氧化钛与石墨烯三元复合纳米结构,是ー种纳米复合光催化剂。本发明技术方案的显著优点主要体现在光催化还原技术用于石墨氧化物的还原是ー种绿色、环境有好的还原方法。在有空穴捕获剂存在时光激发TiO2纳米颗粒产生的价带空穴被捕获剂捕获，结果在导带还原电势作用下，银离子与氧化石墨被分别还原成金属Ag与石墨烯，同时金属Ag与TiO2纳米颗粒分散在石墨烯的内层或表面形成三元纳米复合光催化剂。该方法的优点是石墨烯、金属Ag的还原与纳米复合材料的形成过程简便，试剂便宜，有利于大規模制备，同时为氧化石墨还原制备石墨烯负载复合光催化剂提供了ー种绿色、环境有好的新方法。
图I是实施例I中主体材料(石墨粉)的XRD图像图2是实施例I中主体材料(氧化石墨)的XRD图像图3是实施例I中产物的XRD图像；图4是实施例I中产物的TEM图像。
具体实施例方式实施例一(I)石墨氧化物的制备。将2g石墨粉加入到80°C的过硫酸钾(lg)，五氧化ニ磷(Ig)的浓硫酸溶液(15mL)中，预氧化6小时，之后冷却至室温，抽滤，洗涤至中性。将预氧化的石墨粉(2g)加入到(TC的50mL浓硫酸溶液中，之后缓慢加入6g高锰酸钾，之后于35°C反应2小时,最后向反应液中缓慢加入IOOmL去离子水和20mL 30%的双氧水使反应终止，抽滤，洗涤，透析，制得石墨氧化物，其XRD图谱见图2 ；(2)石墨氧化物分散液制备。将50mg石墨氧化物超声分散在50mL无水こ醇中，超声时间I小时；(3)硝酸银溶液的配置。将85mg硝酸银溶解在IOOmL蒸馏水中；(4)将步骤(2)制得的氧化石墨分散液与步骤(3)制得的硝酸银溶液混合，再将5g ニ氧化钛(P25)分散在混合液中，之后转移至光催化反应器中，在模拟太阳光下光催化还原反应2小吋，过滤，洗涤，于80°C真空干燥12小时，得到Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂。产物的XRD图谱见图3，TEM图见图4。实施例ニ (I)同实施实例I中的步骤⑴；(2)石墨氧化物分散液制备。将50mg石墨氧化物超声分散在50mL甲醇中，超声时间I小时；(3)同实施实例I中的步骤(3);
(4)将步骤(2)制得的氧化石墨分散液与步骤(3)制得的硝酸银溶液混合，再将5g ニ氧化钛(P25)分散在混合液中，之后转移至光催化反应器中，在模拟太阳光下光催化还原反应3小吋，过滤，洗涤，于80で真空干燥12小吋，得到Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂。实施例三(I)同实施实例I中的步骤⑴；(2)同实施实例I中的步骤⑵；(3)硝酸银溶液的配置。将170mg硝酸银溶解在IOOmL蒸馏水中；(4)将步骤(2)制得的氧化石墨分散液与步骤(3)制得的硝酸银溶液混合，再将5g ニ氧化钛(P25)分散在混合液中，之后转移至光催化反应器中，在模拟太阳光下光催化还原反应3小时，过滤，洗涤，于80°C真空干燥12小时，得到Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂。实施例四(I)同实施实例I中的步骤⑴；(2)同实施实例I中的步骤(2)；(3)同实施实例I中的步骤⑶；(4)将步骤⑵制得的氧化石墨分散液与步骤(3)制得的硝酸银溶液混合，再将
2.5g ニ氧化钛(P25)分散在混合液中，之后转移至光催化反应器中，在模拟太阳光下光催化还原反应4小吋，过滤，洗涤，于80°C真空干燥12小时，得到Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂。实施例五(I)同实施实例I中的步骤⑴；(2)石墨氧化物分散液制备。将IOOmg石墨氧化物超声分散在50mL无水こ醇中，超声时间I小时；(3)硝酸银溶液的配置。将170mg硝酸银溶解在IOOmL蒸馏水中；(4)将步骤⑵制得的氧化石墨分散液与步骤(3)制得的硝酸银溶液混合，再将5g ニ氧化钛(P25)分散在混合液中，之后转移至光催化反应器中，在模拟太阳光下光催化还原反应4小吋，过滤，洗涤，于80で真空干燥12小吋，得到Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂。实施例六(I)同实施实例I中的步骤⑴；(2)石墨氧化物分散液制备。将200mg石墨氧化物超声分散在50mL无水こ醇中，超声时间I小时；
(3)硝酸银溶液的配置。将340mg硝酸银溶解在IOOmL蒸馏水中；(4)将步骤(2)制得的氧化石墨分散液与步骤(3)制得的硝酸银溶液混合，再将5g ニ氧化钛(P25)分散在混合液中，之后转移至光催化反应器中，在模拟太阳光下光催化还原反应5小吋，过滤，洗涤，于80で真空干燥12小吋，得到Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂。需要说明的 是以上实施例仅为体现本发明的技术特征而提供，并非以此限定本发明专利请求的专利保护范围。
权利要求
1.ー种Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂，其特征是通过光催化氧化还原法将金属银、纳米ニ氧化钛(P25)颗粒组装到ニ维层状石墨烯载体材料中，是三元纳米复合光催化齐 。
2.—种Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂的制备方法，其特征在干，该方法包括以下步骤 (1)将石墨氧化物超声分散在还原性醇剂中，调节石墨氧化物的浓度为O.5 IOmg/mL，超声分散I 3小时； (2)将硝酸银溶解在蒸馏水中，调节硝酸银溶液的浓度为O.01 O. lg/L ； (3)将步骤(I)制得的氧化石墨分散液与步骤(2)制得的硝酸银溶液混合，再将ニ氧化钛(P25)分散在混合液中，调节Ag、石墨烯与ニ氧化钛的质量比为0. 01 O. 5 O. 01 0.5 1，之后转移至光催化反应器中，在模拟太阳光下光催化还原反应I 5小吋； (4)将步骤(3)的产物倒入真空抽滤装置中抽滤，用去离子水洗涤，真空干燥后获得Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂。
3.根据权利要求2所述的ー种Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂的制备方法，其特征在干步骤(I)中，所述的还原性醇剂为甲醇、こ醇或こニ醇的ー种或几种的组合物。
4.根据权利要求2所述的ー种Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤(3)中，所述的模拟太阳光为氙灯，功率为100W、150W、200W或500W的ー种。
5.ー种Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂的制备方法，其特征在于通过光催化氧化还原法同时将银离子、氧化石墨分别还原成金属银与石墨烯。
6.ー种Ag/Ti02/石墨烯纳米复合光催化剂的制备方法，其特征在于是由权利要求2-5任意一项所述的制备方法得到的。
全文摘要
本发明公开了一种Ag/TiO2/石墨烯纳米复合光催化剂及其制备方法，属于新材料领域。本发明的纳米复合光催化剂是通过光催化氧化还原法将金属银、纳米二氧化钛(P25)粉体组装到二维层状石墨烯载体材料中。其制备是以二维层状的石墨烯为载体材料，硝酸银作为银源，纳米二氧化钛为光催化材料，通过模拟太阳光激发纳米二氧化钛产生光生电子与光生空穴，光生空穴被牺牲剂捕获，光生电子同时将银离子与氧化石墨分别还原成金属Ag与石墨烯，得到Ag/TiO2/石墨烯纳米复合光催化剂。本发明的制备工艺简单，试剂便宜，有利于大规模制备，同时为氧化石墨还原制备石墨烯负载复合光催化剂提供了一种绿色、环境有好的新方法。
文档编号B01J23/50GK102688755SQ201110434350
公开日2012年9月26日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者周民杰, 唐课文, 张丽, 张娜, 阎建辉 申请人:湖南理工学院