[发明专利]具有高光催化活性的石墨烯修饰钼酸铋粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯修饰钼酸铋纳米复合光催化材料及其制备方法，属于光催化剂材料制备技术领域。

背景技术

自1972年TiO₂单晶电极光分解水被报道以来，多相光催化材料曾一度在世界范围内掀起研究热潮，近年来半导体光催化在去除各种环境介质中的难降解污染物方面取得了较大进展，表现出了强氧化性、污染物矿化完全、可直接利用太阳光等优点。因此如何高效地利用自然光进行光催化反应，开发能够被可见光激发的光催化剂正日益引起人们的兴趣。拓展光催化剂的光吸收范围和开发新型光催化剂，都是目前光催化研究的重要内容。钼酸铋是一种重要的功能材料，在光催化降解方面有着诱人的应用前景，以水热合成法为基础的钼酸铋粉末制备方法是目前运用较多的钼酸铋光催化剂的制备方法。在公开号CN101254463A，名称为《一种可见光催化剂Bi₂MoO₆的合成方法》的专利申请中，公开了一种钼酸铋光催化剂及其制备方法，该方法以Bi(NO₃)₃·5H₂O和(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O为主要原料，通过水热合成法在160℃条件下制备得到了淡黄色的钼酸铋光催化剂。但利用这样的制备方法制得的钼酸铋材料还存在着在可见光条件下的光催化效率较低等缺点，这给实际应用带来了一定得限制，需要利用其它手段提高其光催化活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种在可见光下具有高光催化活性的石墨烯修饰钼酸铋纳米复合材料及其制备方法。以钼酸铋为基体，利用石墨烯在钼酸铋表面进行修饰，从而构成一种在可见光下具有高光催化活性的新型复合材料。

本发明的技术构思是这样的：

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，其结构类似于未卷曲的碳纳米管。具有独特的结构特征和非同寻常的电学性能，是构成新材料的非常有前景的基本结构单元。根据石墨烯材料的特点，石墨烯相对于其它的共轭π键分子碳材料(如C60分子、碳纳米管、石墨)具有更优异的电子传输性能，通过石墨烯分子与钼酸铋表面化学键的作用，钼酸铋光催化剂在可见光照射下产生的光生电子能被迅速转移到石墨烯分子上，促进光生电子和空穴的分离，增加光生空穴量，从而大幅度提高了其光催化活性。

本发明的技术方案是：将石墨氧化物分散到水中，超声将其剥离成石墨氧化物片，得到均匀分散的分散液；既而将Bi₂MoO₆加入到分散液中，搅拌、超声、离心烘干得到石墨氧化物负载的钼酸铋粉末固体产物；然后将固体产物加入去离子水中，加入水合肼溶液和浓氨水中，水浴反应，反应结束后冷却，经水洗、离心烘干后，得所需的石墨烯修饰钼酸铋复合材料；所述的石墨氧化物是由天然石墨采用Hummer’s化学法氧化制得。

所述制备方法的具体步骤如下：

(1)将石墨氧化物(GO)分散到水中，然后将溶液超声30～60分钟，在静电斥力的作用下石墨氧化物剥离成石墨氧化物片，得到均匀分散的石墨氧化物分散液，其中石墨氧化物是由天然石墨采用Hummer’s化学法氧化制得；

(2)将Bi₂MoO₆加入到均一分散的GO分散液中，搅拌、超声使Bi₂MoO₆分散均匀，超声0.5～1小时后，离心，80℃烘干；

(3)将通过步骤(2)所得石墨氧化物负载的钼酸铋粉末加入到去离子水中，再加入35％(体积百分数)的水合肼溶液和浓氨水(分析纯)在烧杯中混合均匀，两者体积比为1∶7，体系中水合肼和GO的质量比为7∶10，剧烈搅拌3～5分钟后，放置在90～95℃水浴锅中反应，对负载在钼酸铋表面的石墨氧化物进行原位还原1～2h；严格控制反应体系的时间和温度是将石墨氧化物转化为石墨烯的关键。

(4)反应结束后，待产物冷却用去离子水冲洗、离心，80℃烘干，即获得所需的石墨烯修饰钼酸铋复合材料。

石墨氧化物/钼酸铋的掺杂量为0.5％～5％质量百分数。

本发明同时要求保护具有高光催化活性的石墨烯修饰钼酸铋粉末，其在可见光条件下对亚甲基蓝降解的表观反应速率常数k比钼酸铋基体粉末高1-3倍。