[发明专利]一种棒状结构石墨烯量子点/氧化铈复合光催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种棒状结构石墨烯量子点/氧化铈复合光催化剂，是将CeO₂纳米粒子加入石墨烯量子点水溶液中，超声分散均匀后转入反应釜中进行水热反应；反应结束后冷却，离心分离产物，超纯水洗涤，冷冻干燥，即得棒状结构石墨烯量子点/氧化铈复合光催化剂。本发明以CeO₂作为光催化剂，GQDs作为光敏化剂，经水热条件得到在CeO₂表面包覆了GQDs的棒状复合材料。水热处理的过程中材料外部的GQDs起到了结构导向作用，使复合材料具有优化的有序棒状特殊形貌；另一方面，小尺寸的GQDs在CeO₂表面增强了复合材料可见光照射下电子‑空穴的转移寿命，提高了复合光催化剂的光催化能力，在光催化废水处理等领域具有应用前景。

技术领域

本发明涉及一种氧化铈复合光催化剂，尤其涉及一种具有棒状结构石墨烯量子点/氧化铈（GQDs/CeO₂）的制备方法，用于有机污染物的光催化降解，属于复合材料领域及光催化应用领域。

背景技术

氧化铈（CeO₂）为常用的光催化剂，其晶体属于萤石型面心立方结构（每个Ce⁴⁺离子周围有8个O^2-离子），其光吸收阈值可达420 nm，高于常用的半导体材料TiO₂。虽然CeO₂在催化应用中具有自身优势和潜力，但其较宽的带隙导致在实际应用中催化性能表现并不理想。

石墨烯量子点（GQDs）GQDs具有大比表面积、优异的光电性能、良好的分散性及生物相容性，可用于各种材料的制备过程。GQDs优异的光致电子转移特性，良好的可见光吸收性能，拓宽了的可见光光吸收范围，同时可为光催化反应提供更多有效接触界面和活性位点。研究表明，GQD具有协同提高半导体/GQDs光催化剂的光催化活性的作用，即GQDs作为光敏剂最大化光吸收，可用于提高电荷分离效率的电子受体。因此，将CeO₂与GQDs结合制备的复合光催化剂GQDs/CeO₂具有更高的有机污染物光降解率。

发明内容

本发明的目的提供一种棒状结构石墨烯量子点/氧化铈复合光催化剂的制备方法。

本发明石墨烯量子点/氧化铈复合光催化剂的制备方法，是将氧化铈（CeO₂）纳米粒子加入石墨烯量子（GQDs）点水溶液中，超声分散均匀后转入反应釜中进行水热反应；反应结束后冷却，离心分离产物，超纯水洗涤，冷冻干燥，即得棒状结构石墨烯量子点/氧化铈复合光催化剂（GQDs/CeO₂）。

所述CeO₂纳米粒子的粒径为150~200 nm；GQDs的粒径为5~7nm，且含氮量为3.1~3.15 at%。GQDs的质量为CeO₂粒子质量的1.5~9.0%。

所述水热反应是在100~105℃下保持2.5~3 h。

所述离心分离转速为9000~10000 rpm。

所述冷冻干燥是在-50~-55℃下真空干燥10~12h。

下面通过扫描电镜分析、紫外可见吸收光谱、荧光光谱及光催化等测试表征对本发明GQDs/CeO₂材料的结构和性能进行分析说明。

1、扫描电镜分析