[发明专利]一种宏观气凝胶光催化剂材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂材料的制备方法技术领域，尤其涉及一种宏观气凝胶光催化剂材料的制备方法。

背景技术

随着经济社会的飞速发展和环境的急剧变化，解决能源短缺和环境污染问题已成为实现社会可持续发展和保障国家安全的迫切需要。在众多技术途径中，以太阳能为直接驱动力的光催化材料收到了广泛关注。光催化材料能将低密度的太阳能有效地转化为高密度的化学能，如裂解水制备氢气和氧气，降解有机污染物、还原重金属离子实现对空气和水的净化，因此，从能源和环境的角度综合考虑，太阳能光催化技术是解决能源短缺和环境污染的最终方案之一。

然而，目前研究的光催化材料基本上都是以粉体为主，而且大多数研究都是围绕着粉体光催化剂的掺杂、晶面控制等展开，也有一些研究将催化剂负载到一些比表面积较大的载体上。然而，目前研究的大多数载体都是没有活性的并且存在或多或少的结合不稳定的问题，而且许多载体本身都是对环境有污染材料。因此，寻找更加合适的催化剂载体一直是该领域的一个重要研究方向。

近年来石墨烯材料因其有着良好的导电性和电子传输能力而受到人们广泛研究，其中更是有许多研究将其作为光催化剂的载体。如Zhang和Li等，成功用TiO₂光催化剂负载到石墨烯气凝胶上，所得到的光催化材料对染料亚甲基橙有良好的降解性能(J.Am.Chem.Soc.，2014,136,5852-5855；Applied Catalysis B:Environmental，2015，174–175，421–426)。类似的报道还包括Niu等(Adv.Mater.2015,27,3767–3773；)。但是该类方法再合成三维一体式光催化气凝胶时都常常需要使用高温(180摄氏度)，长时间水热反应(24h)以及一些连接剂。在这些苛刻的条件下，纳米颗粒光催化材料才能与石墨烯气凝胶基底有较好的结合。但是这些苛刻的条件对催化剂本身以及环境的影响又是不可避免的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宏观气凝胶光催化剂材料的制备方法，旨在解决目前研究的大多数载体都是没有活性的并且存在或多或少的结合不稳定的问题，而且许多载体本身都是对环境有污染材料等问题。

本发明是这样实现的，一种宏观气凝胶光催化剂材料的制备方法，该制备方法包括：

将片状光催化剂(如C₃N₄、MoS₂等)超声分散于水中，形成1-3mg/ml的均匀分散液；

将氧化石墨烯分散于水中，形成1-5mg/ml的均匀混合溶液；

按照1:10-10:1的比例将氧化石墨烯水溶液缓慢加入到催化剂分散液中，持续搅拌2h随后超声处理30min，形成催化剂-氧化石墨烯分散液；

将催化剂-氧化石墨烯分散液在-60--170℃条件下急冷至完全冻透，并采用24-48h(视分散液的体积决定)冷冻干燥得去水分，得到一体式气凝胶光催化剂；

对上述一体式气凝胶光催化剂在水合肼，氨水，乙二胺还原性蒸汽条件下还原或者在200-500摄氏度条件下退火，进一步得到催化剂和石墨烯负载的一体式气凝胶光催化剂。

所述光催化剂为C₃N₄、MoS₂等片状光催化剂。

本发明提供的制备方法仅采用冷冻干燥的方法即可得到一体化的气凝胶光催化剂；

本发明对设备要求低，只需要冻干机等简单设备即可，不需要高温等条件；本发明制备材料的周期短，一次冷冻干燥周期2～3天；本发明制备的材料稳定性好，性能优越，采用的催化剂和氧化石墨烯都是片状材料，而且都很容易分散在水中，大大增强了其负载的结合能力；本发明光催化性能高，由于采用氧化石墨烯以及石墨烯作为载体，载体有利于光生载流子的分离，从而大大地提高了光催化效率。本发明解决了目前一体化光催化剂的制备存在的制备方法负载，载体二次污染的问题。本发明提供了一种高效的气凝胶光催化剂材料的制备方法。该方法污染小，设备条件要求低，适用于大规模的工业生产，并且所得到的材料性能稳定。适合大规模工业生产。

附图说明

图1是本发明实施例提供的气凝胶光催化剂材料的制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的宏观气凝胶光催化剂材料的制备方法的扫描电镜图；

图3是本发明实施例提供的宏观气凝胶光催化剂材料对于低浓度(400ppb)NO降解图。

图4是本发明实施例提供的宏观气凝胶光催化剂对于甲基橙(MO)染料的降解图。