[发明专利]一种氧化石墨烯/磷酸银/P25复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯/磷酸银/P25复合材料及其制备方法，特别是指一种基于电荷自组装的溶液体系离子交换法制备氧化石墨烯/磷酸银/P25复合材料的方法，属于复合材料、光催化材料、环保材料和污染治理等领域。

背景技术

二氧化钛作为半导体光催化材料获得广泛关注，但是，二氧化钛光吸收范围较窄（仅限于紫外光区）、量子效率较低，特别是其可见光响应程度低导致其在可见光照射下光催化活性有限；Guo等[Nat Mater , 2010 , 9 , 559-564]报道了在可见光激发下，磷酸银由于具有分散的能带结构，禁带宽度相对较窄，光生载流子的复合速率大大降低，量子效率得到很大提高，从而表现出优异的可见光光催化活性；此外磷酸银作为一种银的化合物，磷酸银还具有较好的杀菌活性，但是制备磷酸银使用了含银的化合物使得制备成本偏高，另外制备出的磷酸银材料的尺寸都偏大且形貌难以控制。

氧化石墨烯是一种二维片状纳米材料，具有比表面积大、吸附能力强等优点，同时，氧化石墨烯表明具有较多的亲水功能团，将氧化石墨烯应用于复合材料的制备中，其表面所带的负电荷不仅能够为带正电荷的银离子提供更多的反应点，从而能够将磷酸银的成核和生长控制在氧化石墨烯的表面，从而达到有效控制磷酸银尺寸和形貌的作用；另一方面由于石墨烯良好的溶解分散性，其和磷酸银的有效复合能够显著改善复合材料的分散溶解性能，随着制备氧化石墨烯工艺的改进和成本的降低，也可使得制备氧化石墨烯/磷酸银复合材料的成本大大降低。

 P25是一种金红石型和锐钛矿型混合的二氧化钛材料，研究表明其可见光响应程度差，我们通过磷酸银和P25的有效复合，构建出微纳米结构的磷酸银/P25异质结构，进一步拓宽材料对可见光的吸收和利用效率，同时结合氧化石墨烯比表面积大、亲水官能团多以及分散溶解性好等结构特性，制备尺寸和形貌可控、具有高效可见光光催化性能、优异的杀菌活性的多功能复合材料；目前，以氧化石墨烯，硝酸银，磷酸银和 P25为原料采用电荷驱动自组装的溶液离子交换法制备氧化石墨烯/磷酸银/P25复合材料并将其应用于光催化降解有机污染物和杀菌领域未见报道。

发明内容

本发明的目的在于发展一种成本低廉、方法简单、绿色环保的制备氧化石墨烯/磷酸银/P25多功能复合材料的制备技术，所制备的材料具有较好的形貌结构、高效的可见光光催化性能和优异的杀菌消毒活性。    

    实现本发明所采用的技术方案为：以氧化石墨烯为前驱体，将微米结构的磷酸银颗粒和P25纳米颗粒有效组装到氧化石墨烯片层上，其具体步骤为：

(1) 将氧化石墨烯溶于去离子水中超声得到浓度为0.04-0.1 wt%的氧化石墨烯分散液；

(2) 将硝酸银与P25溶解到去离子水中，超声处理后得到硝酸银和P25的混合溶液A，混合溶液A中硝酸银的浓度为0.15 mol/L，P25的浓度为0.5-1.5wt%；将混合溶液A在磁力搅拌条件下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯与P25的质量比为1：6~30，滴加完毕后溶液在室温下继续搅拌30~60 min，得到混合前驱体溶液B；

(3) 将磷酸盐溶于去离子水中，得到浓度为0.15 mol/L的磷酸盐溶液；

(4) 在磁力搅拌的条件下将步骤(3)制备的磷酸盐溶液逐滴缓慢加入步骤(2)制备的混合前驱体溶液B中，直至反应体系中出现灰绿色浑浊，滴加完毕后混合溶液继续搅拌30~60 min后静置陈化，产物离心分离后用无水乙醇和去离子水反复洗涤多次后，真空干燥得到氧化石墨烯/磷酸银/P25复合材料。

步骤3中所述的磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠或磷酸钠。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

a)  由于将氧化石墨烯用于制备过程，所制得的氧化石墨烯/Ag₃PO₄/P25复合材料拥有较大的比表面积、均匀的尺寸和可控的复合结构；

b)  利用比表面积大的氧化石墨烯材料不仅能够有效的吸附有机染料和有机污染物，而且能够有效增强对光线的吸收能力； 

c)  通过磷酸银的调控作用，使二氧化钛的可见光响应范围拓宽，太阳光利用率大幅提升，光催化效率增强，可以高效降解各类目标污染物；

d)  利用氧化石墨烯、磷酸银、二氧化钛之间的协同作用，使所制备的材料具有优异的广谱抗菌作用，能快速杀灭环境中常见细菌；