[发明专利]一种利用超声剥离制备石墨烯/二氧化钛复合光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用超声剥离制备石墨烯/二氧化钛复合光催化剂的方法。

背景技术

经济的快速进步和人口的飞速增长使得能源危机和环境污染成为 21 世纪使用频率最高的关键词。如何缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾成为摆在我们面前亟待解决的问题。当前常用能源有煤炭、石油、天然气等不可再生能源，其燃烧所释放的有毒气体如一氧化碳、二氧化硫以及氮氧化合物等对环境和人类健康造成极大危害。因此可再生且无污染的氢能源脱颖而出。在众多太阳能制氢的方法中，光催化分解水产氢凭借其清洁、低成本以及环境友好的特点，已经成为一种具有很大发展前景的能够利用太阳能来获取氢气的新途径。与其他半导体光催化材料相比较，TiO₂具有很多优点，诸如生物及化学惰性，强氧化力，无毒及不易发生光与化学腐蚀等，因此得到了最为广泛的应用。然而，TiO₂光催化分解水产氢的效率受到光生电子与空穴高复合率的限制。而且，锐钛矿相TiO₂本身具有较大的带隙能(3.2eV),只能被紫外光(X< 380 nm)激发。通常太阳光中紫外光的含量不足5%。因此对光催化剂进一步改性，努力改善其对可见光的响应，改性的TiO₂有望成为解决能源和环境两大问题的明日之星。

发明内容

本发明的目的是为了合成层状的石墨烯负载二氧化钛复合材料，解决TiO2在可见光照射下，光催化性能低的问题。提供一种利用超声剥离制备石墨烯/二氧化钛复合光催化剂的方法。

本发明一个方面是提供了一种利用超声剥离制备石墨烯/二氧化钛复合光催化剂的方法，包括以下步骤：

一、在搅拌条件下向乙醇溶剂中加入碱溶液和钛源，搅拌得到前驱体；

二、将步骤一得到的前驱体转移到水热釜中，进行水热反应，温度为150-180℃，反应时间为12-36h；

三、将步骤二中水热反应后的产物先以无水乙醇进行洗涤，再将其超声分散在无水乙醇中；进行洗涤、超声分散2次，得产物再用蒸馏水进行洗涤1次；其中，洗涤的条件为：在离心机转速为3500r/min的条件下，离心5min；

四、将步骤三得到的产物进行干燥，得到钛酸；；

五、将步骤四所得的钛酸和氧化石墨分散在乙醇中；得混合溶液置于超声机和/或细胞破碎仪进行超声分散；

六、将步骤五的产品离心5min，转速为10000r/min，所得沉淀在真空干燥机中低温（20-30°C）干燥8-10h；

七、将步骤六所得样品，置于管式炉中，惰性气氛下300-800°C煅烧。

进一步地，步骤一中的碱溶液为水合肼、氨水、氰胺、羟胺中的一种或者几种按任意比混合的混合溶液。

进一步地，步骤一中的钛源为硫酸氧钛、异丙醇钛、硫化钛的一种或者几种按任意比混合的混合物。

进一步地，步骤一中碱溶液与乙醇溶剂的体积比为（0.5-3）：15，优选为（1.5-2.8）:15，更优选为2.55:15。

进一步地，步骤一中钛源与乙醇溶剂的体积比为0.34:（15~30），优选为0.34：（15-20），更有选为0.34:15。

进一步地，步骤四中干燥时间为8-12h。

进一步地，步骤五中氧化石墨与钛酸的质量百分比为0.01-10%，优选为1-5%，超声时间为0.01-20min，优选为5-10min。

进一步地，步骤六中干燥条件为20-30°度下，时间8-10h。

进一步地，步骤七中将得到的产物在惰性气氛下300-800°C进行煅烧，优选所述惰性气氛为氮气、氩气、氦气。

本发明的另一方面提供了前述方法制备得到的石墨烯/二氧化钛复合光催化剂。

本发明的在一方面提供了所述石墨烯/二氧化钛复合光催化剂在光催化水中的应用。

本发明包含以下有益效果：

与现有技术相比，本发明使用方法简单，原料便宜，操作简单、成本低、效率高，易于进一步的工业生产，本实验通过超声剥离的方法制备的石墨烯复合TiO₂材料，较薄且石墨烯增大了复合材料的比表面积，而且加快了电子的转移，使在可见光照射下，其光解水产氢速率能够达到2.5小时923μmol，有非常优异的光解水产氢效果。

附图说明

图1是实施例一所得石墨烯复合二氧化钛纳米复合材料的XRD图；

图2是实施例一所得石墨烯复合二氧化钛纳米复合材料Raman图；