[发明专利]一种二氧化钛/石墨烯/碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二氧化钛/石墨烯/碳复合材料及其制备方法和应用。该二氧化钛/石墨烯/碳复合材料由包括二氧化钛、石墨烯、含碳化合物在内的原料进行制备包括如下步骤：(1)将除所述含碳化合物以外的原料加入含碳化合物溶液中进行水热反应，冷却后取固体烘干得到混合物；将步骤(1)所得的所述混合物退火即得。本发明的制备方法简单可行，操作方便；制备过程可控性强，具有很高的产品稳定性。通过协同优化了水热反应和退火的条件，可以得到形状结构稳定的二氧化钛/石墨烯/碳复合材料。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种二氧化钛/石墨烯/碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

研究表明，光催化技术在环境污染治理方面有着良好的应用前景。光催化材料可以有效地降低环境中污染性气体的浓度，使有机或无机污染物在光催化作用下发生氧化还原反应，生成HO、CO及盐等物质，达到无害化，从而净化环境。

二氧化钛能够捕获光子和实现电荷分离，是最常用的光催化材料。该类无机半导体光催化剂的光催化过程是通过光激发产生的电子和空穴，其分别与吸附到催化剂表面的物种发生还原和氧化反应而实现的。但是其光催化剂粉体在应用过程中面临光催化效率低和吸附量低等问题。

现有技术的二氧化钛系光催化复合材料制备，需要用到氢氟酸等，对于环境不友好，溶剂的后处理需要极高的成本。

发明内容

本发明提供一种二氧化钛/石墨烯/碳复合材料及其制备方法和应用。

首先，本发明提供一种二氧化钛/石墨烯/碳复合材料的制备方法。

一种制备二氧化钛/石墨烯/碳复合材料的方法，由包括二氧化钛、石墨烯、含碳化合物在内的原料进行制备，所述方法包括如下步骤：

(1)将除所述含碳化合物以外的原料加入浓度为0.05～3mol/L的含碳化合物溶液中以150～300℃进行水热反应2～8h，冷却后取固体烘干得到混合物；

(2)将步骤(1)所得的所述混合物在400～500℃下退火2～3h，即得。

优选地，本发明所述的石墨烯的厚度为1～3nm。所述二氧化钛为纳米级的二氧化钛。

本发明所提供的制备二氧化钛/石墨烯/碳复合材料的方法，作为优选的技术方案，其中，所述的原料按照重量份包括：

二氧化钛       80～200份，

石墨烯         1～10份，

含碳化合物     10～60份。

本发明所提供的制备二氧化钛/石墨烯/碳复合材料的方法，作为优选的技术方案，所述的含碳化合物包括：单糖、双糖和多糖中的至少一种；更优选为单糖；

优选地，所述单糖包括葡萄糖、果糖和半乳糖中的至少一种；所述双糖包括蔗糖、麦芽糖和乳糖中的至少一种；所述多糖包括淀粉和纤维素中的至少一种。

本发明所提供的制备二氧化钛/石墨烯/碳复合材料的方法，作为优选的技术方案，所述的含碳化合物溶液为含碳化合物的水溶液或含碳化合物的有机溶液中的一种。

本发明所提供的制备二氧化钛/石墨烯/碳复合材料的方法，作为优选的技术方案，所述含碳化合物为葡萄糖，所述方法的步骤(1)为：

将除所述含碳化合物以外的原料加入浓度为0.05～3mol/L的葡萄糖溶液中以150～220℃进行水热反应2～6h，冷却后取固体烘干得到混合物。

本发明所提供的二氧化钛/石墨烯/碳复合材料制备方法，作为优选的技术方案，还可以包括氮掺杂的步骤，则步骤(1)为：