[发明专利]一种纳米TiO2/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明属于纳米材料制备的技术领域，特别涉及一种纳米TiO₂/石墨烯复合材料的制备方法。所述一种纳米TiO₂/石墨烯复合材料的制备方法为将TiO₂进行碱液处理，然后与1 g·L^‑1氧化石墨烯水溶液一起180℃水热处理1‑48小时，得到TiO₂/石墨烯的复合材料；其中石墨烯与TiO₂的重量比为1:50‑1:200。本发明提供的制备方法简单、易控，其中合成的TiO₂纳米管/石墨烯体系，TiO₂与石墨烯之间紧密结合，即提高了界面间电子的传导能力，又加大了污染物在其表面的接触面积，同时又将体系的光响应范围拓宽到了可见光，大大提高了其在可见光下的催化能力，其效果远远高于商用P25 TiO₂。该制备方法简单，一步即可制备多种形貌的TiO₂光催化体系，且价格较为低廉，有利于其在污染物修复方面的实际应用。

技术领域

本发明属于纳米材料制备的技术领域，特别涉及一种纳米TiO₂/石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

太阳能驱动的半导体光催化技术，因为在能源转换以及环境修复方面的优良性能而受到人们的关注。TiO₂由于其低毒、低成本以及稳定的催化性能，而得到了广泛的应用。但是，TiO₂内部光生载流子的高复合率以及有限的光利用率，限制了其进一步发展。纳米异质结光催化体系为纳米材料光催化效率的提高提供了一个有利的途径。异质结界面所构建的直接电场，可有效传导光生电子，抑制光生电子-空穴对的复合。因此，异质结界面特性对纳米材料的光催化性能起着关键的作用。

不同形貌的纳米材料所构建的异质结体系，由于会影响异质结界面间的电子传递路径，因此对体系的光催化性能有着重要的影响。设计不同空间维度的异质结界面（纳米颗粒、管及纳米片），被证实可以作为提高光生载流子分离效率的有效手段。如TiO₂/碳纳米管，TiO₂ 纳米片/石墨烯等。尽管这些所构建的异质结构能够实现光生电子-空穴对的分离，但是，有的合成步骤较为复杂，引入氟离子等对环境造成污染；有的适用于紫外光，无法实现对可见光的有效利用。因此，亟待需要一种简单、环保、高效的制备方法，实现其在光催化降解污染物方面的有效应用。

发明内容

本发明利用碱液法水热合成TiO₂/石墨烯复合材料，通过控制水热反应的时间来调控TiO₂形貌，筛选出具有较高催化活性的可见光催化剂，实现对有机污染物的有效降解。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种纳米TiO₂/石墨烯复合材料的制备方法，将TiO₂进行碱液处理，然后与1 g·L^-1氧化石墨烯水溶液一起180℃水热处理3-48小时，得到TiO₂/石墨烯的复合材料；其中石墨烯与TiO₂的重量比为1:50-1:200。

优选地，所述的碱液为5-8M的NaOH溶液。

优选地，所述的将TiO₂进行碱液处理，然后与氧化石墨烯水溶液一起水热处理1-3小时制得TiO₂纳米颗粒/石墨烯复合光催化剂；水热处理6-24小时制得TiO₂纳米管/石墨烯复合光催化剂；水热36-48小时制得TiO₂纳米带/石墨烯复合光催化剂。

一种上述制备方法制备的纳米TiO₂/石墨烯复合材料，所制备的纳米TiO₂为颗粒状、管状或带状结构，并分布于石墨烯表面。

优选地，所述纳米TiO₂/石墨烯复合材料应用到可见光条件下催化降解水体中的有机污染物。