低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝的製作方法

2023-05-05 05:49:41

專利名稱：低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及光催化材料製備領域，具體是一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝。
背景技術：
隨著環境汙染及能源危機的加劇，納米二氧化鈦(TiO2)光催化氧化技術已廣泛應用於環境、能源等各個領域。在TiO2光催化降解有機汙染物過程中，TiO2光催化劑被紫外光激發後將產生電子和空穴的分離，但其中絕大部分的光生電子和空穴在遷移至催化劑表面前都重新複合，導致TiO2光催化效率降低。為了在光催化劑表面有效地轉移電荷，必須減緩或者消除光生電子-空穴的複合。另一方面，銳鈦礦型TiO2是寬禁帶半導體(Eg=3.2eV)，只能響應短波長的紫外光部分(λ <387 nm，約佔太陽能的5%)，而太陽光譜中佔絕大多數的可見光部分(能量約佔45%)未能被有效利用，研製可見光響應的半導體光催化劑，將使通過化學方式有效轉化太陽能成為可能。通過摻雜製備TiO2複合材料，可在一定程度上解決上述兩個問題，但摻雜元素的種類、含量、製備方法等均會對光催化活性和太陽能利用率產生不同的影響。作為一種新型的碳納米材料，石墨烯(Graphene)因其室溫下高的電子遷移率(20000 cm2.V-1.s-1 )、高的比表面積(2600 m2.g-Ι)、高的熱導率(3000 W.m-Ι.Κ-1),高強度(130 GPa)和量子霍爾效應等受到科研工作者的極大關注。氧化石墨烯(Grapheneoxide,GO)可看作是由羧基、羥基和環氧基修飾的石墨烯。由於石墨烯的性質對化學摻雜、結構的形變以及吸附結合的物質等非常敏感，所以氧化石墨烯表面的基團會導致氧化石墨烯性質與石墨烯性質有很大的差別。研究表明:氧化石墨烯的物理、化學性質具有可調性，例如，氧化石墨烯的禁帶寬度可隨著氧化程度的不同而改變，而且氧化石墨烯的半導體導電類型也具有可調 性，既可以為η型半導體，也可以為P型半導體。基於此性質，通過控制氧化石墨烯的氧化程度可將其作為電子受體材料，若將TiO2顆粒與氧化石墨烯複合，在兩種材料的界面上將會發生光生電子的轉移，從而降低光生電子-空穴的複合，提高TiO2的光催化效率。與此同時，由於能帶結構的調整，氧化石墨烯還將發揮光敏劑的作用，使TiO2的吸收範圍延伸至可見光區域，有效提高TiO2對太陽光的利用率。目前關於TiO2與石墨烯/氧化石墨烯複合材料的研究還處於起步階段。將TiO2負載於石墨烯/氧化石墨烯上主要有兩種方法，即一步法和兩步法。一步法是採用水熱法在含石墨烯或氧化石墨的懸浮液中加入鈦的前驅體，然後使其水解生成TiO2負載在石墨烯 / 氧化石墨上(Zhou K., Zhu Y., Yang X.，Jiang X.，Li, C.，Preparation ofgraphene_Ti02 composites with enhanced photocatalytic activity [J].New Journalof Chemistry, 2011, 35: 353-359.),但該法不能保證石墨烯的有效分散,甚至會出現石墨烯的團聚，後期的熱處理還可能導致石墨烯氧化；兩步法是先分別製得石墨烯或氧化石墨烯的懸浮液和二氧化鈦懸浮液，然後將二者混合在一起製備複合材料(Zhang H., Lv X.，Li Y.，Wang Y.，Li J.P25-graphene composite as a high performance photocatalyst[J].ACS Nano, 2010，4(1): 380-386.)，此法製備得到的複合物中TiO2在石墨烯/氧化石墨烯上團聚嚴重，且分布不均勻。鑑於此，本發明基於庫侖靜電引力機理，採用改進的溶膠凝膠法在低溫製備氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料。

發明內容
本發明的目的是為了解決納米二氧化鈦光催化氧化技術工業化應用過程中可見光利用率低和易失活的問題，而提供一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料的工藝。本發明是通過以下技術方案實現的:
一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，包括如下步驟:
(1)按鈦的前驅體與氧化石墨的質量比為1:0.0Γ0.25、鈦的前驅體與去離子水的體積比為1: f 15、鈦的前驅體與醇的體積比為1:0.f 2，分別稱/量取鈦的前驅體、氧化石墨、去離子水和醇；
(2)將步驟(I)中稱取的氧化石墨分散於步驟(I)中量取的去離子水中，超聲剝離處理30^60 min，得到氧化石墨烯水分散液(氧化石墨的親水性和較大的層間距均有利於其在水中通過超聲的方法進行剝離得到氧化石墨烯，在大量含氧官能團的作用下，氧化石墨烯彼此之間存在靜電斥力作用，可以達到較好的分散效果)；
(3)向氧化石墨烯水 分散液中滴加酸，調節其pH值至廣4，得到溶液A(氧化石墨烯的酸性水溶液，pH值為廣4)；
(4)將步驟(I)中稱取的鈦的前驅體溶解於步驟(I)中量取的醇中，攪拌均勻得到溶液B (鈦醇鹽的醇溶液)；
(5)在攪拌狀態下，將溶液B以0.5^3 mL/min的速度全部滴加至溶液A中，之後對混合溶液進行加熱，使其在4(Γ100 ° C下反應2Γ72 h，最後得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液(此步驟中，溶液A、B的滴加順序必須是溶液B滴加到溶液A中，即必須是鈦醇鹽的醇溶液滴加到氧化石墨烯的酸性水溶液，因為要在低溫製備得到銳鈦礦型TiO2,需確保鈦醇鹽的水解反應足夠快，而且在縮聚反應發生之前徹底水解，即:對鈦醇鹽而言，任何瞬間參加反應的水量遠遠過量，將溶液B滴加到溶液A，通過嚴格控制滴加速度和溶液A的酸性,可保證鈦醇鹽水解反應時水量過量，利於其充分水解；反之，若將溶液A滴加到溶液B中，鈦醇鹽不能發生完全水解，此時得到的為無定型TiO2，需經高溫焙燒才能使TiO2晶化)；
(6)將步驟(5)中得到的氧化石墨烯/二氧化鈦溶液進行離心洗滌，離心洗滌完畢後倒掉上清液，並將沉澱物於25飛O ° C的真空環境中乾燥6 48 h，最後將乾燥後的產物研磨即得到了氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料。上述製備過程中，所述的鈦的前驅體為鈦酸正丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦、硫酸鈦中的一種，所述的酸為鹽酸、硝酸、醋酸中的一種，所述的醇為乙醇、異丙醇、丁醇中的一種或任意比例的幾種。進一步地,上述步驟(5)中,溶液B滴加到溶液A中的滴加速度優選lmL/min。此步驟中的滴加速度對製備得到的複合材料中TiO2的分散度有重要的影響，如果滴加過快的話，TiO2會發生嚴重的團聚現象，因此，通過反覆試驗得出，以0.5^3 mL/min的速度滴加為宜，其中又以lmL/min的滴加速度最好，該滴加速度使得複合材料中TiO2的分散度達到最好，製備得到的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的性能達到最優。上述步驟(6)中，對氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液進行離心洗滌時，先採用去離子水洗滌再採用無水乙醇洗滌或是先採用無水乙醇洗滌再採用去離子水洗滌或是採用去離子水和無水乙醇任意比例的混合液洗滌。本發明方法製得的氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料中二氧化鈦的晶型為銳鈦礦型。圖1為本發明方法製備所得的氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料的TEM圖，從TEM照片中可觀察到明顯的晶格條紋，晶格條紋間距為0.353 nm,對應於銳欽礦型TiO2的(101)晶面。銳鈦礦型二氧化鈦是具有高活性的，一般現有的方法先在低溫下製備得到無定型二氧化鈦(無催化活性)，然後經高溫(450° C左右)進行焙燒才可得到該礦型的二氧化鈦；而本發明方法在低溫(40-100° C)即可製備得到了銳鈦礦型二氧化鈦。圖2為本發明方法製備所得的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料和對照實施例1製備的純TiO2的X射線衍射圖譜，通過與純TiO2相比，氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料中無氧化石墨烯的特徵衍射峰(衍射峰在2 Θ =24.7°附近出現)，這是由於氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料中氧化石墨烯的含量少，低於儀器的檢測限。與標準譜峰進行對照，氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料中所出現的衍射峰分別對應於銳鈦礦型Ti02( JCPDS n0.03-065-5714)的(101)、(004)、(200)、(211)、(204)、(220)和(215)，利用 Scherrer 公式在衍射峰(101)處進行粒徑計算，得氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料中TiO2的晶粒大小為9.7 nm。圖3為本發明方法製備所得的氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料與對照實施例1製備的純TiO2紫外可見漫反射光譜圖，由圖可知，TiO2與氧化石墨烯複合後，其吸收邊帶明顯紅移，向可見光區移動。此外，申請人還對本發明方法製備得到的氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料進行了光催化實驗，並將催化 效果與市售商品P25的催化效果進行的對比，具體實驗為:取本發明方法製得的氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料並加入到濃度為0.55 mmol.L-1的喹啉溶液中，每IL喹啉溶液中氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料的加入量為1.5g，然後將混合溶液在避光下反應60 min達到吸附平衡，然後開啟光強為2.05 mff.cm-2的可見光燈管(λ =420nm)在Luzchem 4V光反應器中進行光催化降解實驗，每隔30 min取2 mL反應水樣，經離心分離後，取其上清液進行定量分析。經過光催化實驗證明，本發明方法製得的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料具有高的可見光催化活性，與目前商品化產品P25相比，性能更加優越。其具體光催化效果如圖4所示，表明本發明方法的氧化石墨烯複合TiO2能夠有效提高其可見光催化效率。本發明方法無需特殊裝置，無需高溫條件，合成溫度低，在100° C以下就可以實現合成，並且合成過程工藝簡單，操作方便，對環境友好。本發明製備得到的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料在可見光區吸收明顯增強且吸收邊帶發生明顯紅移，能夠有效利用太陽光，同時經過光催化實驗證明所製備複合材料具有良好的可見光催化降解性能，催化活性遠遠高於市售商品化產品。


圖1為本發明所製備的氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料的TEM圖。圖2為本發明所製備的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料與對照實施例1製備的TiO2的XRD譜圖。圖3為本發明所製備的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料與對照實施例1製備的TiO2紫外可見漫反射光譜圖。圖4為本發明所製備的氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料與市售商品P25可見光下降解喹啉的曲線圖。
具體實施例方式下面通過具體製備實施例、對照實施例和應用實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案做進一步的具體的說明:
製備實施例1
一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，包括如下步驟:
(O按鈦的前驅體與氧化石墨的質量比為1:0.05、鈦的前驅體與去離子水的體積比為I: 15、鈦的前驅體與醇的體積比為1:0.4，分別稱/量取鈦的前驅體、氧化石墨、去離子水和醇；
(2)將步驟(I)中稱取的氧化石墨分散於步驟(I)中量取的去離子水中，超聲剝離處理35 min,得到氧化石墨烯水分散液；
(3)向氧化石墨烯水分散液中滴加酸，調節其pH值至2，得到溶液A;
(4)將步驟(I)中稱取的鈦的前驅體溶解於步驟(I)中量取的醇中，攪拌均勻得到溶液
B ；
(5)在攪拌狀態下，將溶液B以lmL/min的速度全部滴加至溶液A中，之後對混合溶液進行加熱，使其在80 ° C下反應36 h,最後得到氧化石墨稀/ 二氧化欽溶液；
(6)將步驟(5)中得到的氧化石墨烯/二氧化鈦溶液採用去離子水和無水乙醇先後進行離心洗滌，離心洗滌完畢後倒掉上清液，並將沉澱物於30 ° C的真空環境中乾燥24 h，最後將乾燥後的產物研磨即得到了氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料。本實施例中，所述的鈦的前驅體為鈦酸正丁酯，所述的酸為硝酸，所述的醇為異丙醇。製備實施例2
一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，包括如下步驟:
(O按鈦的前驅體與氧化石墨的質量比為1:0.01、鈦的前驅體與去離子水的體積比為I: 3、鈦的前驅體與醇的體積比為1:0.9，分別稱/量取鈦的前驅體、氧化石墨、去離子水和醇；
(2)將步驟(I)中稱取的氧化石墨分散於步驟(I)中量取的去離子水中，超聲剝離處理50min,得到氧化石墨烯水分散液；
(3)向氧化石墨烯水分散液中滴加酸，調節其pH值至3，得到溶液A;
(4)將步驟(I)中稱取的鈦的前驅體溶解於步驟(I)中量取的醇中，攪拌均勻得到溶液B ；
(5)在攪拌狀態下，將溶液B以0.5mL/min的速度全部滴加至溶液A中，之後對混合溶液進行加熱，使其在60 ° C下反應48h，最後得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液；
(6)將步驟(5)中得到的氧化石墨烯/二氧化鈦溶液採用無水乙醇和去離子水先後進行離心洗滌，離心洗滌完畢後倒掉上清液，並將沉澱物於40 ° C的真空環境中乾燥18 h，最後將乾燥後的產物研磨即得到了氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料。本實施例中，所述的鈦的前驅體為鈦酸正丁酯，所述的酸為硝酸，所述的醇為乙醇。製備實施例3
一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，包括如下步驟:
(O按鈦的前驅體與氧化石墨的質量比為1:0.1、鈦的前驅體與去離子水的體積比為I: 10、鈦的前驅體與醇的體積比為1:1.5，分別稱/量取鈦的前驅體、氧化石墨、去離子水和醇；
(2)將步驟(I)中稱取的氧化石墨分散於步驟(I)中量取的去離子水中，超聲剝離處理30min,得到氧化石墨烯水分散液；
(3)向氧化石墨烯水分散液中滴加酸，調節其pH值至1，得到溶液A;
(4)將步驟(I)中稱取的鈦的前驅體溶解於步驟(I)中量取的醇中，攪拌均勻得到溶液
B ；
(5)在攪拌狀態下，將溶液B以2mL/min的速度全部滴加至溶液A中，之後對混合溶液進行加熱，使其在100 ° C下反應24h，最後得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液；
(6)將步驟(5)中得到的氧化石墨烯/二氧化鈦溶液採用去離子水和無水乙醇先後進行離心洗滌，離心洗滌完畢後倒掉上清液，並將沉澱物於50 ° C的真空環境中乾燥10 h，最後將乾燥後的產物研磨即得到了氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料。本實施例中，所述的鈦的前驅體為鈦酸異丙酯，所述的酸為硝酸，所述的醇為異丙醇。製備實施例4
一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，包括如下步驟:
(O按鈦的前驅體與氧化石墨的質量比為1:0.15、鈦的前驅體與去離子水的體積比為I: 1、鈦的前驅體與醇的體積比為1:2，分別稱/量取鈦的前驅體、氧化石墨、去離子水和醇；
(2)將步驟(I)中稱取的氧化石墨分散於步驟(I)中量取的去離子水中，超聲剝離處理40min,得到氧化石墨烯水分散液；
(3)向氧化石墨烯水分散液中滴加酸，調節其pH值至1，得到溶液A;
(4)將步驟(I)中稱取的鈦的前驅體溶解於步驟(I)中量取的醇中，攪拌均勻得到溶液
B ；
(5)在攪拌狀態下，將溶液B以1.5mL/min的速度全部滴加至溶液A中，之後對混合溶液進行加熱，使其在40 ° C下反應72h，最後得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液；(6)將步驟(5)中得到的氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液採用無水乙醇和去離子水先後進行離心洗滌，離心洗滌完畢後倒掉上清液，並將沉澱物於60 ° C的真空環境中乾燥8 h，最後將乾燥後的產物研磨即得到了氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料。本實施例中，所述的鈦的前驅體為鈦酸異丙酯，所述的酸為硝酸，所述的醇為乙醇。製備實施例5
一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，包括如下步驟:
(O按鈦的前驅體與氧化石墨的質量比為1:0.25、鈦的前驅體與去離子水的體積比為I: 6、鈦的前驅體與醇的體積比為1:0.1，分別稱/量取鈦的前驅體、氧化石墨、去離子水和醇；
(2)將步驟(I)中稱取的氧化石墨分散於步驟(I)中量取的去離子水中，超聲剝離處理55min,得到氧化石墨烯水分散液；
(3)向氧化石墨烯水分散液中滴加酸，調節其pH值至4，得到溶液A；
(4)將步驟(I)中稱取的鈦的前驅體溶解於步驟(I)中量取的醇中，攪拌均勻得到溶液
B ；
(5)在攪拌狀態下，將溶液B以3mL/min的速度全部滴加至溶液A中，之後對混合溶液進行加熱，使其在70 ° C下反應30h,最後得到氧化石墨稀/ _■氧化欽溶液；
(6)將步驟(5)中得到的氧化石墨烯/二氧化鈦溶液採用去離子水和無水乙醇任意比例的混合液進行離心洗滌，離心洗滌完畢後倒掉上清液，並將沉澱物於45 ° C的真空環境中乾燥6 h，最後將乾燥後的產物研磨即得到了氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料。本實施例中，所述的鈦的前驅體為硫酸鈦，所述的酸為鹽酸，所述的醇為丁醇。製備實施例6
一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，包括如下步驟:
(O按鈦的前驅體與氧化石墨的質量比為1:0.2、鈦的前驅體與去離子水的體積比為I: 15、鈦的前驅體與醇的體積比為1: 1，分別稱/量取鈦的前驅體、氧化石墨、去離子水和醇；
(2)將步驟(I)中稱取的氧化石墨分散於步驟(I)中量取的去離子水中，超聲剝離處理45min,得到氧化石墨烯水分散液；
(3)向氧化石墨烯水分散液中滴加酸，調節其pH值至2，得到溶液A;
(4)將步驟(I)中稱取的鈦的前驅體溶解於步驟(I)中量取的醇中，攪拌均勻得到溶液
B ；
(5)在攪拌狀態下，將溶液B以2.5mL/min的速度全部滴加至溶液A中，之後對混合溶液進行加熱，使其在55 ° C下反應40h，最後得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液；
(6)將步驟(5)中得到的氧化石墨烯/二氧化鈦溶液採用去離子水和無水乙醇先後進行離心洗滌，離心洗滌完畢後倒掉上清液，並將沉澱物於25 ° C的真空環境中乾燥39h，最後將乾燥後的產物研磨即得到了氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料。 本實施例中，所述的鈦的前驅體為鈦酸異丙酯，所述的酸為醋酸，所述的醇為按任意比例混合的乙醇和異丙醇。製備實施例7
一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，包括如下步驟:
(O按鈦的前驅體與氧化石墨的質量比為1:0.17、鈦的前驅體與去離子水的體積比為I: 13、鈦的前驅體與醇的體積比為1:1.8，分別稱/量取鈦的前驅體、氧化石墨、去離子水和醇；
(2)將步驟(I)中稱取的氧化石墨分散於步驟(I)中量取的去離子水中，超聲剝離處理60min,得到氧化石墨烯水分散液；
(3)向氧化石墨烯水分散液中滴加酸，調節其pH值至4，得到溶液A；
(4)將步驟(I)中稱取的鈦的前驅體溶解於步驟(I)中量取的醇中，攪拌均勻得到溶液
B ；
(5)在攪拌狀態下，將溶液B以0.8mL/min的速度全部滴加至溶液A中，之後對混合溶液進行加熱，使其在50 ° C下反應60h，最後得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液；
(6)將步驟(5)中得到的氧化石墨烯/二氧化鈦溶液採用去離子水和無水乙醇任意比例的混合液進行離心洗滌，離心洗滌完畢後倒掉上清液，並將沉澱物於55 ° C的真空環境中乾燥48 h，最後將乾燥後的產物研磨即得到了氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料。本實施例中，所述的鈦的前驅體為四氯化鈦，所述的酸為硝酸，所述的醇為按任意比例混合的乙醇和丁醇。製備實施例8
一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，包括如下步驟:
(O按鈦的前驅體與氧化石墨的質量比為1:0.23、鈦的前驅體與去離子水的體積比為I: 5、鈦的前驅體與醇的體積比為1:1.2，分別稱/量取鈦的前驅體、氧化石墨、去離子水和醇；
(2)將步驟(I)中稱取的氧化石墨分散於步驟(I)中量取的去離子水中，超聲剝離處理32min,得到氧化石墨烯水分散液；
(3)向氧化石墨烯水分散液中滴加酸，調節其pH值至3，得到溶液A；
(4)將步驟(I)中稱取的鈦的前驅體溶解於步驟(I)中量取的醇中，攪拌均勻得到溶液
B ；
(5)在攪拌狀態下，將溶液B以2.2mL/min的速度全部滴加至溶液A中，之後對混合溶液進行加熱，使其在90 ° C下反應54h，最後得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液；
(6)將步驟(5)中得到的氧化石墨烯/二氧化鈦溶液採用無水乙醇和去離子水先後進行離心洗滌，離心洗滌完畢後倒掉上清液，並將沉澱物於35 ° C的真空環境中乾燥32 h，最後將乾燥後的產物研磨即得到了氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料。本實施例中，所述的鈦的前驅體為鈦酸異丙酯，所述的酸為醋酸，所述的醇為按任意比例混合的乙醇、異丙醇和丁醇。對照實施例1
將鈦酸正丁酯和異丙醇以體積比1:0.4配製鈦醇鹽的醇B，在攪拌狀態下，將溶液B以ImL/min的速度滴加到pH為2 (硝酸調節)的去離子水溶液A (鈦酸正丁酯和去離子水質量比為1:0.05)中；然後在80 ° C條件下反應36 h得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液；將氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液採用去離子水和無水乙醇離心洗滌，離心洗滌完畢後倒掉上清液，並將沉澱物於30 ° C的真空環境中乾燥24 h，最後將乾燥後的產物研磨得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料。本發明所述的一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料的工藝已經通過具體的實例進行了描述，本領域技術人員可借鑑本發明內容，適當改變原料、工藝條件等環節來實現相應的其它目的，其相關改變都沒有脫離本發明的內容，所有類似的替換和改動對於本領域技術人員來說是顯而易見的，都被視為包括在本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/ 二氧化鈦複合材料的工藝，其特徵在於，包括如下步驟: (1)按鈦的前驅體與氧化石墨的質量比為1:0.0Γ0.25、鈦的前驅體與去離子水的體積比為1: f 15、鈦的前驅體與醇的體積比為1:0.f 2，分別稱/量取鈦的前驅體、氧化石墨、去離子水和醇； (2)將步驟(I)中稱取的氧化石墨分散於步驟(I)中量取的去離子水中，超聲剝離處理30^60 min,得到氧化石墨烯水分散液； (3)向氧化石墨烯水分散液中滴加酸，調節其pH值至廣4，得到溶液A; (4)將步驟(I)中稱取的鈦的前驅體溶解於步驟(I)中量取的醇中，攪拌均勻得到溶液B ； (5)在攪拌狀態下，將溶液B以0.5^3 mL/min的速度全部滴加至溶液A中，之後對混合溶液進行加熱，使其在4(Γ100 ° C下反應2Γ72 h，最後得到氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液； (6)將步驟(5)中得到的氧化石墨烯/二氧化鈦溶液進行離心洗滌，離心洗滌完畢後倒掉上清液，並將沉澱物於25飛O ° C的真空環境中乾燥6 48 h，最後將乾燥後的產物研磨即得到了氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料。
2.根據權利要求1所述的低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，其特徵在於:所述的鈦的前驅體為鈦酸正丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦、硫酸鈦中的一種，所述的酸為鹽酸、硝酸、醋酸中的一種，所述的醇為乙醇、異丙醇、丁醇中的一種或任意比例的幾種。
3.根據權利要求1或2所述的低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，其特徵在於:上述步驟(5)中，溶液B滴加到溶液A中的滴加速度優選ImL/min。
4.根據權利要求1或2所述的低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，其特徵在於:上述步驟(6)中，對氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液進行離心洗滌時，先採用去離子水洗滌再採用無水乙醇洗滌或是先採用無水乙醇洗滌再採用去離子水洗滌或是採用去離子水和無水乙醇任意比例的混合液洗滌。
5.根據權利要求3所述的低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，其特徵在於:上述步驟(6)中，對氧化石墨烯/ 二氧化鈦溶液進行離心洗滌時，先採用去離子水洗滌再採用無水乙醇洗滌或是先採用無水乙醇洗滌再採用去離子水洗滌或是採用去離子水和無水乙醇任意比例的混合液洗滌。
全文摘要
本發明公開了一種低溫製備具有高可見光活性的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料的工藝，其目的在於解決納米二氧化鈦光催化氧化技術工業化應用過程中可見光利用率低和易失活的問題。本發明利用氧化石墨烯含氧基團隨氧化程度不同的化學摻雜差異性和氧化程度對氧化石墨烯禁帶寬度的可調性，在低溫製備氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料。本發明整個合成過程工藝簡單，操作方便，成本低廉，對環境友好；製備的氧化石墨烯/二氧化鈦複合材料具有高的可見光催化降解活性，降解有機汙染物能力遠高於目前市售的光催化劑。
文檔編號B01J21/18GK103212394SQ20131012101
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者荊潔穎, 馮傑, 李文英, 於偉泳 申請人:太原理工大學