[发明专利]管状TiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及管状TiO₂/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，属于无机半导体材料制备领域。

背景技术

TiO₂因其无毒、化学稳定性好及优异的化学物理性质被应用于多种领域，如：光催化、传感、超级电容器和太阳能电池等。石墨烯是由碳原子紧密堆积形成的具有六边形结构单元二维平面结构，具有比表面积大、电子迁移率高和导电性好等优点。但是TiO₂的导电性比较差，石墨烯与TiO₂复合能增大其导电性、比表面积和电容量，促进其电子-空穴对的分离。现有的TiO₂/石墨烯复合材料的制备方法，得到的复合材料多为石墨烯负载TiO₂颗粒，且TiO₂的形貌不可控，易团聚；并且在氧化石墨烯还原的过程中需要加入水合肼等还原剂，这类还原剂不仅有毒而且对环境危害大。

例如，yang等利用溶胶-凝胶法和水热法制备了TiO₂/石墨烯复合材料，其中TiO₂纳米颗粒团聚严重，分散性差(Min-Quan Yang,Nan Zhang,and Yi-Jun Xu.ACS Appl.Mater.Interfaces,2013,5,1156-1164)。申请公布号CN 103936065 A(申请号201410119700.2)的中国专利文献公开了一种TiO₂与石墨烯复合纳米材料的制备方法，通过叔丁胺将氧化石墨烯还原为石墨烯，加入钛源制得TiO₂与石墨烯复合纳米材料，其中TiO₂的形貌为纳米颗粒。而在制备过程中加入叔丁胺对环境危害较大。申请公布号CN 102527366 A(申请号201210008265.7)的中国专利文献公开了一种二氧化钛纳米管石墨烯混合光催化剂及制备方法，以TiO₂为钛源，采用水热法制备复合材料，其制备过程需要反复洗涤，步骤较多。复合材料的形貌为石墨烯覆盖TiO₂纳米管。授权公告号CN 102496700 B(申请号201110429717.4)的中国专利文献公开了一种石墨烯-二氧化钛纳米管复合材料及制备方法，以P25或锐钛矿TiO₂为钛源，采用水热法制备复合材料，其制备过程需要反复洗涤，较为繁琐。复合材料的形貌为石墨烯负载TiO₂纳米管。

发明内容

本发明的目的是提供一种管状TiO₂/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，该方法制备出的复合材料的形貌为还原氧化石墨烯包覆管状TiO₂，TiO₂的形貌可以有效的控制，并且在制备过程中采用高温水热还原取代还原剂，绿色环保。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种管状TiO₂/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，首先以TiOSO₄作为钛源、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物(P123)为软模板，在乙醇-乙二醇-乙醚混合溶液中合成了长为4-12μm、壁厚为100-300nm和管径为0.5-1.5μm管状TiO₂；在110-150℃下，以管状TiO₂和氧化石墨烯为原料，采用水热法自组装制备了管状TiO₂/还原氧化石墨烯复合材料。

该方法中，第一步得到的TiO₂形貌为管状，且在第二步的复合过程中，TiO₂的形貌不会因为与还原氧化石墨烯的复合而发生改变，从而可以有效的控制复合材料中TiO₂的形貌。在第二步制备复合材料的过程中，采用高温水热还原的方法得到还原氧化石墨烯，不需加入还原剂，绿色环保。该方法得到的管状TiO₂/还原氧化石墨烯复合材料的形貌为还原氧化石墨烯包覆管状TiO₂。

具体包括以下步骤：

(1)溶剂热法制备管状TiO₂

①将P123溶解在乙醇-乙二醇-乙醚混合溶液中，室温下搅拌至透明溶液；

②将TiOSO₄加入到步骤①所得的透明溶液中，搅拌2-48h得到悬浊液；

③将步骤②制备的悬浊液转移到高压反应釜中，在110-150℃条件下保温12-48h，水热处理后将高压反应釜冷却到室温，得到沉淀物；