[发明专利]一种石墨烯-二氧化钛复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合石墨烯-二氧化钛复合材料的制备方法，属于光催化功能材料无机合成技术领域。

背景技术

石墨烯具有独特的结构，因而能显示出其出色的光、电性能以及催化特性，目前，石墨烯已经得到了广泛关注(Angew.Chem.Int.Edit.51(2012)7640-7654.)。更重要的是，它可以与其它化合物进行复合，制备出性能优秀的复合纳米材料。

例如，通过将石墨烯与半导体纳米材料复合，当材料被光照射时，光生电子可以进入到石墨烯中，可有效防止光生电子和空穴的复合，从而提高了光催化效率，并显著提高了光催化材料的性能。因此，石墨烯-半导体纳米复合材料已经广泛的应用于太阳能电池和光降解污水处理等领域。其中以研究二氧化钛/石墨烯复合材料最多，然而，现已报道的多数为未掺杂的石墨烯/二氧化钛复合材料的制备。而杂原子掺杂石墨烯，相对于未掺杂的石墨烯而言，有更好的电子传导能力和特别的催化性能，这有利于光催化效率的进一步提高。

然而在现有技术中，多数的硫掺杂使用的是气体硫化氢，也有使用有机硫源，如CN 104108707 A报道了有机硫源来合成硫掺杂石墨烯，但其使用的都是化工类硫源，有毒且危险。至今，使用安全的生物分子作为硫源，如半胱氨酸，合成硫掺杂的石墨烯很少有人报道，尤其是硫掺杂石墨烯和二氧化钛复合材料此前未有报道。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对技术现状提供一种光催化性能优的石墨烯-二氧化钛复合材料。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种原料易得、绿色环保的石墨烯-二氧化钛复合材料的制备方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种石墨烯-二氧化钛复合材料，包括石墨烯和二氧化钛，所述石墨烯为掺杂有硫的硫掺杂石墨烯。

其中，所述硫掺杂石墨烯中，所述硫的掺杂量为0.5％～6％，例如1％、2％、3％、4％、5％；

优选的，所述石墨烯由氧化石墨烯还原而得，所述氧化石墨烯与二氧化钛的重量比为0.1～0.5。

此处，所述的硫掺杂量即硫元素占掺杂石墨烯的重量百分比。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种石墨烯-二氧化钛复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)配制钛前驱体溶液；

(2)将硫掺杂剂、氧化石墨烯和沉淀剂溶于水中，制得溶液A，将溶液A与钛前驱体溶液混合，通过水热合成反应，制得石墨烯-二氧化钛复合材料。

步骤(2)中，所述硫掺杂剂为半胱氨酸和/或谷胱甘肽；

优选的，所述沉淀剂为弱碱；

优选的，所述沉淀剂为尿素。

步骤(2)中，所述石墨烯-二氧化钛复合材料的制备过程如下：

将硫掺杂剂、氧化石墨烯和沉淀剂均匀分散于水中，得到溶液A，将所述溶液A滴加至钛前驱体溶液中，得到溶液B，将所述溶液B放入密封容器中，于120～240℃，例如130℃、150℃、170℃、200℃、210℃、220℃、230℃下加热4～72小时，例如10h、20h、30h、40h、50h、60h、70h，制得石墨烯-二氧化钛复合材料；

优选的，溶液A中，所述硫掺杂剂的浓度为0.001～0.5g/mL；优选浓度为0.01～0.08g/mL，进一步优选浓度为0.02g/mL；

优选的，所述氧化石墨烯的浓度为0.005～0.1g/mL；优选浓度为0.01～0.08g/mL；进一步优选浓度为0.03g/mL；

优选的，所述沉淀剂的浓度为0.01～0.2g/mL；优选浓度为0.02～0.1g/mL；进一步优选浓度为0.05g/mL。

其中，制备所述溶液A时，采用超声波或机械搅拌的方法，将硫掺杂剂、氧化石墨烯和沉淀剂分别分散于去离子水中，得到溶液A。

其中，制备所述溶液B时，在搅拌的同时，将所述溶液A滴加至钛前驱体溶液中，得到溶液B。

步骤(1)中，所述钛前驱体溶液的配制过程如下：在冰水浴下，将钛源溶于溶剂中，制得钛前驱体溶液，所述钛源的浓度为0.05～0.8g/mL；

优选的，所述钛前驱体溶液中，钛源的浓度为0.1～0.2g/mL；

优选的，所述钛前驱体溶液中，钛源的浓度为0.12g/mL。

其中，所述钛源为钛酸四丁酯，所述溶剂为异丙醇。

其中，所述溶液A与钛前驱体溶液的体积比为2～40:1，例如3:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1；