氧化石墨烯片和TiO₂棒异质结材料的制备方法

氧化石墨烯片和TiO₂棒异质结材料的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料的制备方法，采用氧化法制备石墨烯，然后用水热法制备TiO2纳米棒，采用水热法通过控制水热温度和时间，得到具有优异光催化性能的氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料。该制备方法简便易行，该复合材料相较于现有二氧化钛材料，具有优异的光催化性能，在光催化处理有机污染物领域具有很好的应用前景。
【专利说明】
氧化石墨烯片和T102棒异质结材料的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于光催化复合材料制备领域，特别涉及一种氧化石墨烯片和Ti02棒异质结材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]半导体T12光催化材料因其具有较高的光催化活性和无毒性而被广泛的研究，然而将其大规模应用于实际污染的治理还需要解决许多问题，其中就包括半导体T12光催化材料活性的提高。影响半导体T12光催化材料光催化活性的因素主要包括晶型、结晶度、晶体粒径、比表面积、形貌及孔结构等。异质结材料因具有特殊的能带结构和载流子特殊的输送性能，能够在反应中抑制光生电子-空穴复合，提高量子效率。
[0003]通常我们借助一些助催化剂来防止空穴的复合，在半导体和助催化剂之间形成一种异质结并产生一个内部电场，它能够加速载流子的迀移和促进光生电子空穴队的分离。氧化石墨烯片和T12棒异质结材料的制备正是利用此原理。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种氧化石墨稀片和TiC>2棒异质结材料的制备方法，提尚量子效率，提高折光系数和稳定的物理化学性能，可以大规模应用于实际污染的治理，用以满足解决环境问题的要求。
[0005]本发明的目的采取以下技术方案来实现。氧化石墨烯片和T12棒异质结材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下:
1)将浓硫酸、石墨粉、硝酸钠依次加入到烧杯中，将烧杯置于冰水浴中，磁力搅拌反应0.5一2h，形成混合液；
2)向步骤I)产生的混合液中缓慢加入经研磨过的高锰酸钾固体粉末，并在冰水浴中继续搅拌l-6h;
3)升温至30-40°C，并持续搅拌0.5-2h，缓慢滴加30-50ml去离子水后，将烧杯转移至100°(:的油浴中，保持5-3011^11取出；
4)冷却至室温，依次加入50—100ml去离子水和10—20ml30%的过氧化氢溶液，抽滤；
5)用300—500mlHCl溶液过滤洗涤，将步骤4)产品用去离子水溶解后，放入离心机中离心至上清液pH值为中性；
5)透析处理；
6)将透析后的样品转移到干净的表面皿中，在30--80°C的条件下真空干燥烘干后，用玛瑙研钵研磨成粉末，即得固体氧化石墨烯；
7)将上述固体氧化石墨烯加入到5—20ml去离子水和5—10ml乙醇的混合溶液中，超声
0.5—1.5h；
8)将T12纳米棒加入到上述混合溶液中，超声或搅拌2—4h，直至溶液混合均匀；
9)将步骤8)形成的溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，100—140°C反应2-5h; 10)冷却至室温后过滤，洗涤，40—80 °C真空干燥，完成制备。
[0006]优选地，所述步骤I)中的石墨粉与硝酸钠的比例为1:4。
[0007]优选地，所述步骤I)中的浓硫酸为16?20ml。
[0008]优选地，所述步骤I)中的石墨粉为8000目。
[0009]优选地，所述步骤5)中的离心机离心速率为8000r/min，离心时间为7min。
[00?0]本发明通过采用改进的Hummers法制备了氧化石墨稀。以石墨粉为原料，以浓H2S04和KMn04为氧化剂，通过两步法，先制得氧化石墨，再通过超声分散制得氧化石墨稀。实验制得的氧化石墨烯具有单层结构，其表面含有大量的-0H、-C00H、C-0-C、C=0等含氧基团。含氧基团的存在，增强了氧化石墨烯在水溶液中的分散性，同时也为后期石墨烯基二氧化钛纳米复合材料的制备提供便利。它们均勾地和Ti02纳米棒结合在一起，较现有二氧化钛具有更好的光催化性能，采光和传质效率增大被广泛地用于制备半导体复合纳米材料，基于这些原因，把氧化石墨烯引入T12纳米棒中，用于提高他们的光催化活性，同时增加材料的稳定性，使该复合材料具有优良的光催化性能，从而制备出综合性能优越的光催化材料。
[0011]本发明从复合材料的角度出发，将氧化石墨烯和T12纳米棒复合在一起，制备出复合光催化材料，具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能，并且抗化学和光腐蚀、光催化活性较高。因此，该复合材料在光解水、杀菌和制备太阳能敏化电池等方面，特别是在环境保护方面，有着广阔的应用前景。
【附图说明】
[0012]图1为本发明二氧化钛纳米棒的SEM图；
图2为本发明氧化石墨烯的SEM图；
图3为本发明实施制得的产物在模拟太阳光下用于降解50ml 1PPm的玫瑰红溶液的降解曲线图。
【具体实施方式】
[0013]现结合附图和实施例对本发明作进一步说明。参见图1至图3，氧化石墨烯片和Ti02棒异质结材料的制备，其步骤如下:
1)将18ml浓硫酸、500mg石墨粉、2g硝酸钠依次加入到烧杯中，将烧杯置于冰水浴中，磁力搅拌反应Ih，形成混合液;其中石墨粉为8000目；
2)向步骤I)产生的混合液中缓慢加入3g经研磨过的高锰酸钾固体粉末，并保持在冰水浴中继续搅拌反应2h;
3)升温至35°C，并持续搅拌Ih，缓慢滴加40ml去离子水，将烧杯转移至100°C的油浴中，保持15min后取出；
4)冷却至室温，依次加入70ml去离子水和12ml30%的过氧化氢溶液，抽滤；
5)用400mlHCl溶液过滤洗涤，将步骤4)产品用去离子水溶解后，放入离心机中，离心速率为8000r/min,离心7min，离心至上清液pH值为中性；
6)透析处理；
7)将透析后的样品转移到干净的表面皿中，在40°C的条件下真空干燥烘干，用玛瑙研钵研磨成粉末，即得固体氧化石墨烯；
8)将5mg上述固体氧化石墨稀加入到15ml去离子水和5ml乙醇的混合溶液中，超声Ih;
9)将0.5gTi02纳米棒加入到上述混合溶液中，超声或搅拌2.5h，直至溶液混合均匀；
10)将步骤9)形成的溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，120°C反应3h;
11)冷却至室温后过滤，洗涤，60°C真空干燥。
[OOM]所得产物为氧化石墨稀片和Ti02纳米棒异质结材料，取50mg该产物在模拟太阳光下用于降解50ml 1PPm的玫瑰红溶液，60min后，降解率达99.53%。
[0015]石墨烯有好的导电性，是激发电子的接受体，使激发电子转移到石墨烯的表面，从而抑制了光生电子和空穴的复合，提高了光催化效率。T12晶相之间形成的异质结对于提高光氧化活性来说非常重要。此外，由于石墨烯的不成对η电子和Ti原子的相互作用或者T12和石墨烯间的化学键作用，石墨烯与T12的杂合物的带隙减小这对于提高光氧化活性来说也是非常重要。
【主权项】
1.氧化石墨稀片和Ti02棒异质结材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下: 1)将浓硫酸、石墨粉、硝酸钠依次加入到烧杯中，将烧杯置于冰水浴中，磁力搅拌反应0.5一2h，形成混合液； 2)向步骤I)产生的混合液中缓慢加入经研磨过的高锰酸钾固体粉末，并在冰水浴中继续搅拌l-6h; 3)升温至30-40°C，并持续搅拌0.5-2h，缓慢滴加30-50ml去离子水后，将烧杯转移至100°(:的油浴中，保持5-3011^11取出；4)冷却至室温，依次加入50—100ml去离子水和10—20ml30%的过氧化氢溶液，抽滤； 5 )用300—500ml HCl溶液过滤洗涤，将步骤4)产品用去离子水溶解后，放入离心机中离心至上清液pH值为中性； 5)透析处理； 6)将透析后的样品转移到干净的表面皿中，在30--80°C的条件下真空干燥烘干后，用玛瑙研钵研磨成粉末，即得固体氧化石墨烯； 7)将上述固体氧化石墨烯加入到5—20ml去离子水和5—10ml乙醇的混合溶液中，超声0.5—1.5h； 8)将T12纳米棒加入到上述混合溶液中，超声或搅拌2—4h，直至溶液混合均匀； 9)将步骤8)形成的溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，100—140°C反应2-5h; 10 )冷却至室温后过滤，洗涤，40—80 °C真空干燥，完成制备。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯片和T12棒异质结材料的制备方法，其特征在于，所述步骤I)中的石墨粉与硝酸钠的比例为1:4。3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯片和T12棒异质结材料的制备方法，其特征在于，所述步骤I)中的浓硫酸为16?20ml。4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯片和T12棒异质结材料的制备方法，其特征在于，所述步骤I)中的石墨粉为8000目。5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯片和T12棒异质结材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中的离心机离心速率为8000r/min,离心时间为7min。
【文档编号】B01J21/18GK105964237SQ201610395142
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】谢宇, 郭若彬
【申请人】南昌航空大学