一种提高石墨烯光敏性能的方法与流程

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种提高石墨烯光敏效率的方法。

背景技术：

环境污染和能源短缺问题的日益加剧，极大的威胁着人类社会的可持续发展。寻求高效、环保的污染物降解技术和清洁可再生能源成为近年来世界关注的焦点。半导体光催化技术作为一种在常温常压下，通过太阳光来直接驱动完成一系列重要化学反应的技术，由于其绿色环保，反应条件温和等特点，在环境污染防治和新型能源开发领域引起了人们极大的关注。

由于成本低廉,光催化性能优越，光催化性能稳定，和环境友好等特点，二氧化钛和氧化锌等宽带隙半导体被认为是理想的光催化剂。然而,由于其3.2 eV宽的带隙，使得这种类型的催化剂只能在紫外光下响应。因此，敏化宽带隙半导体，使之具有可见光响应是一种行之有效的方法。石墨烯由于具有低毒性、环境友好、低成本和简单的制备等优点，其被认为是一种理想的光敏剂。然而到目前为止，石墨烯的光敏效率相对较低。因此，本发明旨在找到一种提高石墨烯光敏性能的方法。

技术实现要素：

针对现制备的石墨烯光敏效率低的缺陷，本发明目的在于提供一种提高石墨烯光敏性能的方法，经本发明方法处理后制备的石墨烯在敏化ZnO可见光下去除Cr(VI)的光敏性能测试中表现出更高的光敏性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：对石墨烯的前驱物氧化石墨烯进行进一步氧化处理，将厚度为1.8 nm，横向尺寸为400～1100 nm的氧化石墨烯在浓硫酸和高锰酸钾中进一步氧化处理，得到尺寸更小的氧化石墨烯前驱物，再由小尺寸的氧化石墨烯在DMF中95℃回流5小时还原制备得到光敏性能提高的石墨烯。

具体的技术方案：将厚度为1.8 nm，横向尺寸为400～1100 nm的氧化石墨烯100毫克超声分散在50毫升的浓硫酸中，再加入100-300毫克的高锰酸钾，混合搅拌均匀后，接着加热到45℃保持1.5小时，接着在冰浴中加入100毫升5wt% H₂O₂溶液，搅拌1小时后，超声30分钟，最后将溶液渗析至离子浓度小于10 ppm后，冷冻干燥处理后得到厚度为1.8 nm，横向尺寸为30～450 nm的氧化石墨烯。再由小尺寸的氧化石墨烯在DMF中95℃回流5小时还原制备得到光敏性能提高的石墨烯。

1倍于氧化石墨烯量的高锰酸钾添加量，得到厚度为1.8 nm，尺寸150～450 nm的氧化石墨烯。

2倍于氧化石墨烯量的高锰酸钾的添加量，得到厚度为1.8 nm，尺寸为60～180 nm的氧化石墨烯。

3倍于氧化石墨烯量的高锰酸钾的添加量，得到厚度为1.8 nm，尺寸为30～60 nm的氧化石墨烯。

在上述技术方案中，高锰酸钾量的添加量优选为3倍于氧化石墨烯的添加量，氧化石墨烯尺寸的优选为30～60 nm。

本发明利用对石墨烯前驱物氧化石墨烯进一步氧化处理的方式，从而改变石墨烯的性质，进而大幅度提高石墨烯的光敏性能。光敏性能测试实验结果表明，由进一步氧化处理后的氧化石墨烯制备的石墨烯在可见光下敏化ZnO光催化液相还原Cr(VI)中表现更优异的光敏性能。

附图说明

备注：初始氧化石墨烯记为氧化石墨烯1，氧化处理后的氧化石墨烯随高锰酸钾添加量的增加分别记为氧化石墨烯2，氧化石墨烯3，氧化石墨烯4。相对应的石墨烯氧化锌复合材料分别记为石墨烯氧化锌1，石墨烯氧化锌2，石墨烯氧化锌3，石墨烯氧化锌4。

图1是经过氧化处理的氧化石墨烯的原子力显微镜图和尺寸统计图。(a) 氧化石墨烯1，(b) 氧化石墨烯2，(c) 氧化石墨烯3，(d) 氧化石墨烯4。

图2是石墨烯氧化锌1的扫描电子显微镜图。

图3是石墨烯氧化锌4的扫描电子显微镜图。

图4是石墨烯氧化锌1的透射电镜图。

图5是石墨烯氧化锌4的透射电镜图。

图6是石墨烯光敏性能测试图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明进行进一步说明：

实施例1，将厚度为1.8 nm，横向尺寸为400～1100 nm的氧化石墨烯100毫克超声分散在50毫升的浓硫酸中，再加入100毫克的高锰酸钾，混合搅拌均匀后，接着加热到45℃保持1.5小时，接着在冰浴中加入100毫升的H₂O₂溶液（5毫升的H₂O₂溶液+95毫升的水），搅拌1小时后，超声30分钟，最后将溶液渗析至离子浓度小于10 ppm后，冷冻干燥处理后得到最终样品，如图1所示，经此处理后的氧化石墨烯厚度为1.8 nm，横向尺寸为150～450 nm。

实施例2，各步骤同实施例1；其中高锰酸钾的添加量为200毫克，最终得到的氧化石墨烯厚度为1.8 nm，横向尺寸为60～180 nm。

实施例3，各步骤同实施例1；其中高锰酸钾的添加量为300毫克，最终得到的氧化石墨烯厚度为1.8 nm，横向尺寸为30～60 nm。

实施例4，将厚度为1.8 nm，横向尺寸为400～1100 nm的氧化石墨烯加入DMF溶液中超声2个小时，加入0.92毫克的醋酸锌，加热到95℃并保持5个小时，该过程在还原氧化石墨烯的同时制备得到了石墨烯氧化锌复合材料。

实施例5，各步骤同实施例4；其中氧化石墨烯厚度为1.8 nm，横向尺寸为150～450 nm。

实施例6，各步骤同实施例4；其中氧化石墨烯厚度为1.8 nm，横向尺寸为60～180 nm。

实施例7，各步骤同实施例4；其中氧化石墨烯厚度为1.8 nm，横向尺寸为30～60 nm。

实施例8，测试不同石墨烯的光敏性能： 取40毫克石墨烯氧化锌复合材料于50毫升10 ppm的Cr(VI)混合均匀，暗吸附3个小时达到吸附平衡后，记录此刻的浓度记为C₀，然后置于可见光(>400 nm)下光照，每30分钟取出4毫升溶液，离心除去光催化剂后，测试Cr(VI)的浓度，得到的浓度记为C₀。

结合实施例8的光敏性能测试，如图6所示，经过本发明处理后制备的石墨烯具有更高的光敏效率，并且石墨烯4具有最优的光敏效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。