专利名称：一种氧化石墨烯/二氧化钛复合光催化材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光催化复合材料及其制备方法，属于光催化技术领域，适用于无机、有机污染物的催化降解。
背景技术：
近年来，能源危机和环境污染等问题日益严峻，世界各国对节约能源和保护环境都非常重视。光催化以其常温反应和可以直接利用太阳能进行催化降解等特点，被认为是一种极具广泛应用前景的环境污染净化技术。自1972年Fujishima和Honda发现锐钛矿相二氧化钛能有效净化污水以来，二氧化钛作为一种绿色环保型催化剂受到人们的关注并得到广泛研究。然而，光催化过程中二氧化钛光生载流子极易重新复合，导致光量子效率很低，从而影响其光催化效率，所以降低光生载流子的复合可以提高光催化效率。石墨烯是一种碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种炭质新材料。有独特的力学、热学、光学和比碳纳米管更优异的电学性质。氧化石墨烯是石墨烯重要的派生物，结构与石墨烯大体相同。氧化石墨烯片具有比表面积大和离子交换能力强的特点。与石墨是一种疏水性物质不同，氧化石墨烯具有大量的含氧基团诸如C-O-C，C-OH, C = O, COOH 等与石墨层共价相连羟基、羧基等基团，是一种亲水性物质，能够在纯水中形成稳定的悬浮液，这些特点都赋予其与二氧化钛良好的复合能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是绿色环保型催化剂光催化效率低的问题。提供一种氧化石墨烯/二氧化钛复合光催化材料及其制备方法。本发明的技术方案一种氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料，该复合光催化材料结构二氧化钛分布于氧化石墨烯材料的上下表面及边缘区域，形成一种纳米级二氧化钛均勻分散于微米级氧化石墨烯片层的复合光催化材料。该复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤步骤一将氧化石墨烯配成质量浓度0. 1 lg/L的水悬浮液；步骤二在搅拌条件下依次缓慢将聚乙二醇、冰醋酸和钛酸四丁酯加入到无水乙醇中配成混合液，其质量浓度依次为聚乙二醇2. 5 3. 5g/L，冰醋酸0. 2 0. 3g/L，钛酸四丁酯 0. 1 0. 2g/L ；步骤三取步骤一配制的氧化石墨烯水悬浮液2 8ml，滴加到步骤二配制的30 40ml混合液中，室温下勻速搅拌1 5天，形成混合液；步骤四将步骤三中所得的混合液干燥，得到固态混合物；步骤五将步骤四中所得固态混合物放入容器中，在惰性气体保护下于400°C 450°C煅烧0. 5 3小时，冷却后，得到氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化剂。步骤二中的搅拌速度为50 150r/min。
步骤三中的氧化石墨烯水悬浮液滴加速度为50 500 μ 1/min。步骤五中固态混合物放入的容器包括石英容器、玻璃容器、陶瓷容器；所述的惰性气体包括体积分数大于99Vol. %的氩气，体积分数大于99Vol. %的氮气，体积分数大于99Vol. %的氩氢混合气。本发明和已有技术相比所具有的有益效果二氧化钛分布于氧化石墨烯材料的上下表面及边缘区域，形成一种纳米级二氧化钛均勻分散于微米级氧化石墨烯片层的复合光催化材料。氧化石墨烯与二氧化钛复合材料在惰性气体保护下经过低温煅烧，形成较稳定的化学键。并且由于氧化石墨烯独特的官能团结构，二氧化钛导带上激发电子能够快速转移到氧化石墨烯材料上，进而提高光催化反应速率。
图1氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料的示意图。图2纯锐钛矿相T^2与制得氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料对甲基橙的光催化降解图。
具体实施例方式一种氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料，该复合光催化材料结构二氧化钛分布于氧化石墨烯材料的上下表面及边缘区域，形成一种纳米级二氧化钛均勻分散于微米级氧化石墨烯片层的复合光催化材料。一种氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料及其制备方法之一的步骤包括步骤一将氧化石墨烯配成质量浓度0. lg/L的水悬浮液；步骤二在搅拌速度为50r/min条件下依次缓慢将聚乙二醇、冰醋酸和钛酸四丁酯加入到无水乙醇中配成混合液，其质量浓度依次为聚乙二醇2. 5g/L，冰醋酸0. 3g/L，钛酸四丁酯 0. lg/L ；步骤三取步骤一配制的氧化石墨烯水悬浮液anl，以滴加速度为50 μ 1/min滴加到步骤二配制的30ml混合液中，15°C下勻速搅拌1天，形成混合液；步骤四将步骤三中所得的混合液在60°C干燥后得到固态混合物；步骤五将步骤四中所得固态混合物放入容器中，在体积分数大于99Vol. %的氮气保护下于400°C煅烧0. 5小时，冷却后得到氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化剂。一种氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料及其制备方法之二的步骤包括步骤一将氧化石墨烯配成质量浓度0. 3g/L的水悬浮液；步骤二在搅拌速度为lOOr/min的条件下依次缓慢将聚乙二醇、冰醋酸和钛酸四丁酯加入到无水乙醇中配成混合液，其质量浓度依次为聚乙二醇3g/L，冰醋酸0. 25g/L， 钛酸四丁酯0. 15g/L ；步骤三取步骤一配制的氧化石墨烯水悬浮液:3ml，以滴加速度为100 μ 1/min滴加到步骤二配制的35ml混合液中，20°C下勻速搅拌3天，形成混合液；步骤四将步骤三中所得的混合液在65°C干燥后得到固态混合物；步骤五将步骤四中所得固态混合物放入容器中，在体积分数大于99Vol. %的氮气
4保护下于450°C煅烧2小时，冷却后得到氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化剂。一种氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料及其制备方法之三的步骤包括步骤一将氧化石墨烯配成质量浓度0. 6g/L的水悬浮液；步骤二在搅拌速度为120r/min条件下依次缓慢将聚乙二醇、冰醋酸和钛酸四丁酯加入到无水乙醇中配成混合液，其质量浓度依次为聚乙二醇2. 8g/L，冰醋酸0. 28g/L, 钛酸四丁酯0. 18g/L ；步骤三取步骤一配制的氧化石墨烯水悬浮液5ml，以滴加速度为200 μ 1/min滴加到步骤二配制的38ml混合液中，22°C下勻速搅拌4天，形成混合液；步骤四将步骤三中所得的混合液在60°C干燥后得到固态混合物；步骤五将步骤四中所得固态混合物放入容器中，在体积分数大于99Vol. %的氩气保护下于430°C煅烧2. 5小时，冷却后得到氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化剂。一种氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料及其制备方法之四的步骤包括步骤一将氧化石墨烯配成质量浓度lg/L的水悬浮液；步骤二在搅拌速度为150r/min条件下依次缓慢将聚乙二醇、冰醋酸和钛酸四丁酯加入到无水乙醇中配成混合液，其质量浓度依次为聚乙二醇3. 5g/L，冰醋酸0. 2g/L，钛酸四丁酯0. 2g/L ；步骤三取步骤一配制的氧化石墨烯水悬浮液8ml，以滴加速度为500 μ 1/min滴加到步骤二配制的40ml混合液中，25°C下勻速搅拌5天，形成混合液；步骤四将步骤三中所得的混合液在60°C干燥后得到固态混合物；步骤五将步骤四中所得固态混合物放入容器中，在体积分数大于99Vol. %的氩氢混合气保护下于450°C煅烧3小时，冷却后得到氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化剂。图1氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料的示意图。由于氧化石墨烯独特的官能团结构，使二氧化钛导带上激发电子能够快速转移到氧化石墨烯材料上，减少二氧化钛载流子之间的复合反应，延长载流子复合时间，从而有效提高光催化效率。图2纯锐钛矿相TW2与制得氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料对甲基橙的光催化降解图。从曲线上可见所得复合催化剂材料催化效率远高于纯锐钛矿相二氧化钛。
权利要求
1.一种氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料，其特征在于该复合光催化材料结构二氧化钛分布于氧化石墨烯材料的上下表面及边缘区域，形成一种纳米级二氧化钛均勻分散于微米级氧化石墨烯片层的复合光催化材料。
2.一种氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化材料的制备方法，其特征在于该复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤步骤一将氧化石墨烯配成质量浓度0. 1 lg/L的水悬浮液；步骤二在搅拌条件下依次缓慢将聚乙二醇、冰醋酸和钛酸四丁酯加入到无水乙醇中配成混合液，其质量浓度依次为聚乙二醇2. 5 3. 5g/L，冰醋酸0. 2 0. 3g/L，钛酸四丁酯 0. 1 0. 2g/L ；步骤三取步骤一配制的氧化石墨烯水悬浮液2 8ml，滴加到步骤二配制的30 40ml 混合液中，室温下勻速搅拌1 5天，形成混合液；步骤四将步骤三中所得的混合液干燥，得到固态混合物；步骤五将步骤四中所得固态混合物放入容器中，在惰性气体保护下于400°C 450°C 煅烧0. 5 3小时，冷却后，得到氧化石墨烯/ 二氧化钛复合光催化剂。
3.根据权利要求2所述的氧化石墨烯/二氧化钛复合光催化材料的制备方法，其特征在于步骤二中的搅拌速度为50 150r/min。
4.根据权利要求2所述的氧化石墨烯/二氧化钛复合光催化材料的制备方法，其特征在于步骤三中的氧化石墨烯水悬浮液滴加速度为50 500μ 1/min。
5.根据权利要求2所述的氧化石墨烯/二氧化钛复合光催化材料的制备方法，其特征在于步骤五中固态混合物放入的容器包括石英容器、玻璃容器、陶瓷容器；所述的惰性气体包括体积分数大于99Vol. %的氩气，体积分数大于99Vol. %的氮气，体积分数大于99Vol. %的氩氢混合气。
全文摘要
一种氧化石墨烯/二氧化钛复合光催化材料及其制备方法，属于光催化技术领域，适用于污染物的催化降解。解决了催化剂光催化效率低的问题。该复合光催化材料的结构一种纳米级二氧化钛均匀分散于微米级氧化石墨烯片层的复合光催化材料。其的制备方法一将氧化石墨烯配成水悬浮液；二在搅拌条件下依次缓慢将聚乙二醇、冰醋酸和钛酸四丁酯加入到无水乙醇中配成混合液；三取步骤一配制的氧化石墨烯水悬浮液滴加到步骤二配制的混合液中，室温下匀速搅拌，形成混合液；四将步骤三中所得的混合液干燥，得到固态混合物；五将步骤四中所得固态混合物放入容器中，在惰性气体保护下于煅烧，得到氧化石墨烯/二氧化钛复合光催化剂。
文档编号B01J21/18GK102423702SQ20111045602
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者何大伟, 富鸣, 张慧, 杨冰洋, 王永生, 王闻硕 申请人:北京交通大学