[发明专利]一种磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法

说明书

一种磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法，涉及一种三元异质结光催化剂的制备方法。本发明为了解决现有多组分异质结制备过程繁琐和耗时的问题。制备方法：将氧化石墨烯超声分散于乙醇和水的混合溶剂中得到氧化石墨烯分散液，将十六烷基三甲基溴化铵加入到氧化石墨烯分散液中，依次加入NaOH和Co(NO₃)·6H₂O得到混合溶液，在反应釜中反应得到反应物，进行离心分离取沉淀，将沉淀洗涤和干燥。该方法能够制备得到最高含有25wt％还原氧化石墨烯的光催化剂，极大地节约了时间，催化活性优于现有的钴基催化剂，制备的光催化剂可以回收。本发明适用于制备光催化剂。

技术领域

本发明涉及一种三元异质结光催化剂的制备方法。

背景技术

光催化技术利用半导体材料将太阳能转化为化学能，是一个充满活力和具有应用前景的研究领域，被认为是解决目前日益严重的能源和环境问题的理想途径之一。光催化剂是光催化反应的主体，目前面临的关键问题是急需在光催化剂的设计、制备理论上取得突破，设计并制备新型、高效、可回收再利用的可见光催化剂，使其满足实际应用的需要。

近年来，很多课题组都在关注多组分异质结光催化剂，整合能级匹配的半导体材料与电子传输体形成异质结，充分利用每种组分自身的优势，有效拓宽催化剂的太阳光吸收范围，提高光生电子-空穴对的分离，并抑制其复合过程，进而提高其光催化活性。目前，制备的多组分异质结主要是以贵金属为电子传输体，例如，CdS/Au/TiO₂纳米棒、AgBr/Ag/Bi₂WO₆微米花、H₂WO₄·H₂O/Ag/AgCl纳米片或AgI/Ag/AgBr粒子等，2011年新南威尔士大学的Amal课题组首次报道成功制备了以石墨烯为电子传输体的多组分异质结，并获得了非常优异的光催化分解水性能。其制备过程需要三步来完成，首先分别制备SrTiO₃:Rh和BiVO₄光催化剂，接着将氧化石墨烯(GO)与SrTiO₃:Rh和BiVO₄混合，光还原GO，整个制备过程耗时60h。到目前为止，基于石墨烯多组分异质结的报道较少，而且制备方法单一、制备过程非常繁琐，一般要经过三步处理才能获得，反应条件苛刻、耗时，无法满足实际应用的需要。因此，发展一种简单、绿色的方法制备基于石墨烯的多组分异质结光催化剂是非常有意义的，具有十分广阔的实际应用前景。

发明内容

本发明为了解决现有多组分异质结制备过程繁琐和耗时的问题，提出了一种磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法。

本发明磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法按照以下步骤进行的：

将氧化石墨烯超声分散于乙醇和水的混合溶剂中得到氧化石墨烯分散液，然后将十六烷基三甲基溴化铵加入到氧化石墨烯分散液中并搅拌均匀，然后依次加入NaOH和Co(NO₃)·6H₂O并搅拌0.5～2h，得到混合溶液，然后将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，在150～170℃下反应3～5h，得到反应物，最后将得到的反应物进行离心分离取沉淀，将沉淀洗涤和干燥，即得到光催化剂；

所述乙醇和水的混合溶剂中水和乙醇的质量比为1：(4～6)；

所述氧化石墨烯的质量与乙醇和水的混合溶剂的体积比为(0.0012～0.125)g：(40～100)mL；

所述氧化石墨烯与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:(1.6～400)；

所述Co(NO₃)·6H₂O与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:(0.1～10)；