[发明专利]石墨烯基γ-Fe2O3复合材料光催化剂、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体是涉及一种石墨烯基γ-Fe₂O₃复合材料光催化剂、制备方法及其用途。

背景技术

在处理有机污染物方面，光催化剂的研究与引用越来越广泛。很多半导体材料具有光催化性能。目前，研究最广泛的为TiO₂，但由于TiO₂本身的带隙很宽(3.2eV)，只能利用太阳光中很少一部分的紫外光部分；另外，TiO₂粉末光催化材料在反应体系中难以回收，重复利用率低。因此，研究和发现其他窄带隙半导体材料从而开发新的可见光催化剂尤为迫切。

γ-Fe₂O₃是众多铁氧化物中的一种，其带隙宽度为2.2eV，在可见光部分有可见吸收，而且本身具有磁性，从而可简单地利用磁铁将其从其他反应体系中回收再利用。

石墨烯，一种二维碳材料，具有大的比表面积，极高的载流子迁移率，高透光率，优异的导热，导电和机械性能。石墨烯与金属氧化物粒子的复合物，已被大量研究。石墨烯基γ-Fe₂O₃复合材料在水处理，生物药物输运等领域已被研究。石墨烯基γ-Fe₂O₃复合材料在光催化方面的研究还刚刚起步。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一在于提供一种石墨烯基γ-Fe₂O₃复合材料光催化剂，该石墨烯基γ-Fe₂O₃复合材料光催化剂通过将γ-Fe₂O₃微纳米粒子负载到石墨烯表面，使其具有良好的循环稳定性，且能够多次利用，对有机物的降解具有很高的光催化活性，并能够在反应体系中大量回收再利用。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种石墨烯基γ-Fe₂O₃复合材料光催化剂，γ-Fe₂O₃颗粒附着在石墨烯表面，石墨烯的尺寸分布在1～50μm，γ-Fe₂O₃颗粒尺寸分布在20～500nm。

本发明的石墨烯基γ-Fe₂O₃光催化剂，具有较低的禁带宽度，高的比表面积，高的载流子传输率，使其有着极高的光催化降解有机物的活性。同时，通过光催化降解甲基橙溶液测试显示，其光催化活性比纯γ-Fe₂O₃颗粒的光催化活性高出86％以上，且具有良好的循环稳定性，能够重复多次使用，在光催化降解过程中不会产生二次污染。

本发明的目的之二在于提供一种石墨烯基γ-Fe₂O₃复合材料光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

①、氧化石墨(graphite oxide，GO)的制备

将浓硫酸(质量分数98％)和浓磷酸(质量分数85％)按体积比为120～240∶13～26混合形成混合酸，向装有鳞片石墨的反应容器中倒入该混合酸，再将反应容器置于已升温至40～80℃的加热设备中，并加入KMnO₄，鳞片石墨与KMnO₄的重量比为1～2∶6～12，加完后保温4～8h，然后向反应体系中加入H₂O₂溶液(质量分数5～15％)，直到反应溶液颜色由黑色变成亮黄色，且不再产生气泡为止，停止加入H₂O₂溶液并继续反应2～4h，反应结束后冷却，洗涤、离心至pH为5～7，将得到的氧化石墨加水稀释后保存；

②、氧化石墨水合硫酸亚铁插层物的制备

配制FeSO₄·7H₂O溶液，再量取一定体积的氧化石墨溶液，将两者混合使氧化石墨和FeSO₄·7H₂O的重量比为0.150～0.300∶0.750～1.500，将混合溶液搅拌、分散、干燥得到氧化石墨水合硫酸亚铁插层物；

③、石墨烯基γ-Fe₂O₃复合材料光催化剂的制备