[发明专利]一种二氧化钛-二氧化锡-石墨烯复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二氧化钛‑二氧化锡‑石墨烯复合光催化剂及其制备方法，将钛片置于丙酮气氛下加热，冷却得到表面具有碳壳包覆二氧化钛的钛试样，将具有碳壳包覆二氧化钛的钛试样浸没于含有锡源的水热溶液中，在150～240℃下水热处理1～24h，在二氧化钛表面生成二氧化锡石墨烯复合结构，得到二氧化钛‑二氧化锡‑石墨烯复合光催化剂。该催化剂具有微观复合纳米结构，表面生长了纳米结构的二氧化锡和石墨烯纳米棒。该光催化剂在罗丹明B降解实验中，对罗丹明B降解率较高，具有良好的可见光响应能力和光催化活性。

技术领域

本发明涉及一种光催化技术领域，具体涉及一种二氧化钛-二氧化锡-石墨烯复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

二氧化钛作为一种半导体材料，具有电子空穴对电势电位差大、不发生光化学腐蚀、酸碱耐性好、无毒性、可反复使用、成本较低等特性，在光催化领域表现出巨大的应用潜力。

根据光催化技术领域需求，光催化剂需具备良好的可见光响应能力和光催化活性。为适应这一需求，已存在采用掺杂银、碳、氮等元素的方法以增强二氧化钛催化剂的技术，但按照现有方法制备的二氧化钛可见光响应能力较弱，光催化活性较差。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中的问题，提供一种二氧化钛-二氧化锡-石墨烯复合光催化剂及其制备方法，该方法通过在二氧化钛表面生长二氧化锡/石墨烯纳米结构，从而获得一种新型高效的可见光响应性复合光催化剂。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

包括如下步骤：

1)丙酮气氛加热：将钛片置于丙酮气氛下加热，冷却得到表面具有碳壳包覆二氧化钛的钛试样；

2)水热处理：将步骤1)表面具有碳壳包覆二氧化钛的钛试样浸没于含有锡源的水热溶液中，在150～240℃下水热处理1～24h，在二氧化钛表面生成二氧化锡石墨烯复合结构，得到二氧化钛-二氧化锡-石墨烯复合光催化剂。

进一步地，步骤1)中钛片为TA2工业纯钛、TA3工业纯钛、TA4工业纯钛或TC4钛合金。

进一步地，步骤1)中丙酮的流速为0.1～50sccm。

进一步地，步骤1)中钛片置于管式炉中加热。

进一步地，步骤1)中加热的温度为500～1000℃，时间为30～120min。

进一步地，所述步骤2)中，水热溶液是将氢氧化钠、四氯化锡、去离子水与无水乙醇混合制得，其中氢氧化钠浓度为0.0001～0.8mol/L，四氯化锡浓度为0.0005～0.06mol/L。

进一步地，步骤2)中，去离子水和无水乙醇的体积比为(0.5～3.5)：1。

利用如上所述的制备方法制得的二氧化钛-二氧化锡-石墨烯复合光催化剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明涉及机理为金属氧化及晶体生长原理，利用丙酮气氛加热技术，丙酮用来提供碳源，可在钛及其合金表面生成碳壳包覆的二氧化钛纳米棒阵列；进行石墨烯化操作，使表面生成二氧化钛-二氧化锡-石墨烯复合纳米结构，得到高效的可见光响应性的光催化剂。本发明通过水热处理、丙酮氛围热处理，协同制备出的二氧化钛-二氧化锡-石墨烯复合结构，包括牢固生长于钛试样上的二氧化钛，生长于二氧化钛上的棒状石墨烯，以及分布在石墨烯周围的二氧化锡。石墨烯与二氧化钛的复合，增大了光催化降解反应的接触面积，并使载流子迁移率得到提高，进而提升材料的光催化性能；利用二氧化锡与二氧化钛能带位置的不同而形成的内电场，进一步提高载流子的迁移效率，同时降低电子与空穴的复合几率，经过光催化降解能力测试，本发明复合光催化剂相比于纯二氧化钛的催化效率提高4倍左右。