專利名稱：一種Ag/TiO₂/石墨烯納米復(fù)合光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
ニ氧化鈦因具有良好的禁帶寬度，較強(qiáng)的光催化氧化還原能力，以及無毒，價(jià)廉和光化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于太陽能轉(zhuǎn)化利用和環(huán)境治理等領(lǐng)域。但由于ニ氧化鈦只能被紫外光激發(fā)產(chǎn)生光生電子與空穴且它們的復(fù)合幾率高，導(dǎo)致光催化效率偏低。因此，采用不同方法對(duì)ニ氧化鈦進(jìn)行修飾，從而提高光催化劑的光催化效率日益成為本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。石墨烯(graphene)是單層碳原子組成的ニ維納米結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)，以 及良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性。目前，石墨烯由于其獨(dú)特的電子傳輸特性與高比表面積，使其與半導(dǎo)體光催化劑復(fù)合材料的研究日益成為光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。研究表明，石墨烯可以充當(dāng)電子傳遞的“導(dǎo)線”，降低光生電子與空穴的復(fù)合幾率，從而提高光催化效率。通過化學(xué)還原氧化石墨制備石墨烯是目前常用制備方法之一。但該方法在制備石墨烯的過程中所使用的強(qiáng)還原劑既成本高又污染環(huán)境。利用光催化還原氧化石墨制備石墨烯的文獻(xiàn)已經(jīng)有了報(bào)道。但光催化還原法制備Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑未見報(bào)道。我們綜合石墨烯獨(dú)特的ニ維層狀結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的電化學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)和金屬銀、納米ニ氧化鈦(P25)粉體在光催化領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用特點(diǎn)，通過光催化氧化還原法將金屬銀、納米ニ氧化鈦(P25)顆粒組裝到石墨烯載體材料中，控制合成條件,制備出ー種獨(dú)特的三元納米復(fù)合光催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供的ー種Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑，其特征是通過光催化氧化還原法將金屬銀、納米ニ氧化鈦(P25)顆粒組裝到ニ維層狀石墨烯載體材料中，是ニ兀納米復(fù)合光催化劑。本發(fā)明的Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑的制備方法包括以下步驟(I)將石墨氧化物超聲分散在還原性醇劑中，調(diào)節(jié)石墨氧化物的濃度為O. 5 10mg/mL,超聲分散I 3小時(shí)；(2)將硝酸銀溶解在蒸餾水中，配制硝酸銀溶液的濃度為O. Ol O. lg/L ；(3)將步驟⑴制得的氧化石墨分散液與步驟(2)制得的硝酸銀溶液混合，再將ニ氧化鈦(P25)分散在混合液中，調(diào)節(jié)Ag、石墨烯與ニ氧化鈦的質(zhì)量比為0. Ol 0.5 O. Ol O. 5 1，之后轉(zhuǎn)移至光催化反應(yīng)器中，在模擬太陽光下光催化還原反應(yīng)I 5小時(shí)；(4)將步驟(3)的產(chǎn)物倒入真空抽濾裝置中抽濾，用去離子水洗滌，真空干燥后獲得Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑。具體的，氧化石墨濃度可以為O. 5、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10mg/mL ；超聲時(shí)間可以為1、1· 5、2、2· 5或3小時(shí)；Ag、石墨烯與ニ氧化鈦的質(zhì)量比可以為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 ；光催化反應(yīng)時(shí)間可以為1、2、3、4或5小時(shí)；在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟(I)中，所述的還原性醇劑為甲醇、こ醇或こニ醇的ー種或幾種的組合物；在上述方案的基礎(chǔ)上，該方法制備出的Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑，其特征是貴金屬Ag、納米ニ氧化鈦與石墨烯三元復(fù)合納米結(jié)構(gòu),是ー種納米復(fù)合光催化劑。本發(fā)明技術(shù)方案的顯著優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在光催化還原技術(shù)用于石墨氧化物的還原是ー種綠色、環(huán)境有好的還原方法。在有空穴捕獲劑存在時(shí)光激發(fā)TiO2納米顆粒產(chǎn)生的價(jià)帶空穴被捕獲劑捕獲，結(jié)果在導(dǎo)帶還原電勢(shì)作用下，銀離子與氧化石墨被分別還原成金屬Ag與石墨烯，同時(shí)金屬Ag與TiO2納米顆粒分散在石墨烯的內(nèi)層或表面形成三元納米復(fù)合光催化劑。該方法的優(yōu)點(diǎn)是石墨烯、金屬Ag的還原與納米復(fù)合材料的形成過程簡(jiǎn)便，試劑便宜，有利于大規(guī)模制備，同時(shí)為氧化石墨還原制備石墨烯負(fù)載復(fù)合光催化劑提供了ー種綠色、環(huán)境有好的新方法。



圖I是實(shí)施例I中主體材料(石墨粉)的XRD圖像圖2是實(shí)施例I中主體材料(氧化石墨)的XRD圖像圖3是實(shí)施例I中產(chǎn)物的XRD圖像；圖4是實(shí)施例I中產(chǎn)物的TEM圖像。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一(I)石墨氧化物的制備。將2g石墨粉加入到80°C的過硫酸鉀(lg)，五氧化ニ磷(Ig)的濃硫酸溶液(15mL)中，預(yù)氧化6小時(shí)，之后冷卻至室溫，抽濾，洗滌至中性。將預(yù)氧化的石墨粉(2g)加入到(TC的50mL濃硫酸溶液中，之后緩慢加入6g高錳酸鉀，之后于35°C反應(yīng)2小時(shí),最后向反應(yīng)液中緩慢加入IOOmL去離子水和20mL 30%的雙氧水使反應(yīng)終止，抽濾，洗滌，透析，制得石墨氧化物，其XRD圖譜見圖2 ；(2)石墨氧化物分散液制備。將50mg石墨氧化物超聲分散在50mL無水こ醇中，超聲時(shí)間I小時(shí)；(3)硝酸銀溶液的配置。將85mg硝酸銀溶解在IOOmL蒸餾水中；(4)將步驟(2)制得的氧化石墨分散液與步驟(3)制得的硝酸銀溶液混合，再將5g ニ氧化鈦(P25)分散在混合液中，之后轉(zhuǎn)移至光催化反應(yīng)器中，在模擬太陽光下光催化還原反應(yīng)2小吋，過濾，洗滌，于80°C真空干燥12小時(shí)，得到Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑。產(chǎn)物的XRD圖譜見圖3，TEM圖見圖4。實(shí)施例ニ (I)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟⑴；(2)石墨氧化物分散液制備。將50mg石墨氧化物超聲分散在50mL甲醇中，超聲時(shí)間I小時(shí)；(3)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟(3);
(4)將步驟(2)制得的氧化石墨分散液與步驟(3)制得的硝酸銀溶液混合，再將5g ニ氧化鈦(P25)分散在混合液中，之后轉(zhuǎn)移至光催化反應(yīng)器中，在模擬太陽光下光催化還原反應(yīng)3小吋，過濾，洗滌，于80で真空干燥12小吋，得到Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑。實(shí)施例三(I)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟⑴；(2)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟⑵；(3)硝酸銀溶液的配置。將170mg硝酸銀溶解在IOOmL蒸餾水中；(4)將步驟(2)制得的氧化石墨分散液與步驟(3)制得的硝酸銀溶液混合，再將5g ニ氧化鈦(P25)分散在混合液中，之后轉(zhuǎn)移至光催化反應(yīng)器中，在模擬太陽光下光催化還原反應(yīng)3小時(shí)，過濾，洗滌，于80°C真空干燥12小時(shí)，得到Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑。實(shí)施例四(I)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟⑴；(2)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟(2)；(3)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟⑶；(4)將步驟⑵制得的氧化石墨分散液與步驟(3)制得的硝酸銀溶液混合，再將
2.5g ニ氧化鈦(P25)分散在混合液中，之后轉(zhuǎn)移至光催化反應(yīng)器中，在模擬太陽光下光催化還原反應(yīng)4小吋，過濾，洗滌，于80°C真空干燥12小時(shí)，得到Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑。實(shí)施例五(I)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟⑴；(2)石墨氧化物分散液制備。將IOOmg石墨氧化物超聲分散在50mL無水こ醇中，超聲時(shí)間I小時(shí)；(3)硝酸銀溶液的配置。將170mg硝酸銀溶解在IOOmL蒸餾水中；(4)將步驟⑵制得的氧化石墨分散液與步驟(3)制得的硝酸銀溶液混合，再將5g ニ氧化鈦(P25)分散在混合液中，之后轉(zhuǎn)移至光催化反應(yīng)器中，在模擬太陽光下光催化還原反應(yīng)4小吋，過濾，洗滌，于80で真空干燥12小吋，得到Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑。實(shí)施例六(I)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟⑴；(2)石墨氧化物分散液制備。將200mg石墨氧化物超聲分散在50mL無水こ醇中，超聲時(shí)間I小時(shí)；
(3)硝酸銀溶液的配置。將340mg硝酸銀溶解在IOOmL蒸餾水中；(4)將步驟(2)制得的氧化石墨分散液與步驟(3)制得的硝酸銀溶液混合，再將5g ニ氧化鈦(P25)分散在混合液中，之后轉(zhuǎn)移至光催化反應(yīng)器中，在模擬太陽光下光催化還原反應(yīng)5小吋，過濾，洗滌，于80で真空干燥12小吋，得到Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑。需要說明的 是以上實(shí)施例僅為體現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)特征而提供，并非以此限定本發(fā)明專利請(qǐng)求的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑，其特征是通過光催化氧化還原法將金屬銀、納米ニ氧化鈦(P25)顆粒組裝到ニ維層狀石墨烯載體材料中，是三元納米復(fù)合光催化齊 。
2.—種Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在干，該方法包括以下步驟 (1)將石墨氧化物超聲分散在還原性醇劑中，調(diào)節(jié)石墨氧化物的濃度為O.5 IOmg/mL，超聲分散I 3小時(shí)； (2)將硝酸銀溶解在蒸餾水中，調(diào)節(jié)硝酸銀溶液的濃度為O.01 O. lg/L ； (3)將步驟(I)制得的氧化石墨分散液與步驟(2)制得的硝酸銀溶液混合，再將ニ氧化鈦(P25)分散在混合液中，調(diào)節(jié)Ag、石墨烯與ニ氧化鈦的質(zhì)量比為0. 01 O. 5 O. 01 0.5 1，之后轉(zhuǎn)移至光催化反應(yīng)器中，在模擬太陽光下光催化還原反應(yīng)I 5小吋； (4)將步驟(3)的產(chǎn)物倒入真空抽濾裝置中抽濾，用去離子水洗滌，真空干燥后獲得Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在干步驟(I)中，所述的還原性醇劑為甲醇、こ醇或こニ醇的ー種或幾種的組合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(3)中，所述的模擬太陽光為氙燈，功率為100W、150W、200W或500W的ー種。
5.ー種Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于通過光催化氧化還原法同時(shí)將銀離子、氧化石墨分別還原成金屬銀與石墨烯。
6.ー種Ag/Ti02/石墨烯納米復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于是由權(quán)利要求2-5任意一項(xiàng)所述的制備方法得到的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Ag/TiO2/石墨烯納米復(fù)合光催化劑及其制備方法，屬于新材料領(lǐng)域。本發(fā)明的納米復(fù)合光催化劑是通過光催化氧化還原法將金屬銀、納米二氧化鈦(P25)粉體組裝到二維層狀石墨烯載體材料中。其制備是以二維層狀的石墨烯為載體材料，硝酸銀作為銀源，納米二氧化鈦為光催化材料，通過模擬太陽光激發(fā)納米二氧化鈦產(chǎn)生光生電子與光生空穴，光生空穴被犧牲劑捕獲，光生電子同時(shí)將銀離子與氧化石墨分別還原成金屬Ag與石墨烯，得到Ag/TiO2/石墨烯納米復(fù)合光催化劑。本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，試劑便宜，有利于大規(guī)模制備，同時(shí)為氧化石墨還原制備石墨烯負(fù)載復(fù)合光催化劑提供了一種綠色、環(huán)境有好的新方法。
文檔編號(hào)B01J23/50GK102688755SQ201110434350
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者周民杰, 唐課文, 張麗, 張娜, 閻建輝 申請(qǐng)人:湖南理工學(xué)院