[发明专利]石墨烯/纳米二氧化钛复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种石墨烯/纳米二氧化钛复合物及其制备方法。

背景技术

在科技进展的同时，环境中也出现了越来越多有机污染物(例如：氯化芳烃、表面活性剂、染料、除草剂、杀草剂等等)与无机污染物(如，CN^-、CrO₄^2-等)，这些污染物在自然环境中的持续累积，往往会威胁到环境生态与人类健康。

为了处理这些污染物，目前已发展出吸附法、氧化法、还原法、过滤法、光催化分解等各种方法，其中光催化分解具有操作简便、价格低廉、稳定性高等优点，因此备受各界关注。

二氧化钛是目前最主要的市售光催化剂，然而此种光催化剂的催化效率仍不够理想。有鉴于此，相关领域亟需提出一种具有较佳光催化效率的新型态光催化剂。

发明内容

发明内容旨在提供本揭示内容的简化摘要，以使阅读者对本揭示内容具备基本的理解。此发明内容并非本揭示内容的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键组件或界定本发明的范围。

本发明的一方面是关于一种石墨烯/纳米二氧化钛复合物的制备方法。根据本发明的原理与精神，可在高温高压下，使石墨烯与纳米二氧化钛反应，进而得到石墨烯/纳米二氧化钛复合物。

根据本发明一实施例，上述方法包含以下步骤：将约500至10,000重量份的纳米二氧化钛与约1重量份的石墨烯分散于体积比约为2∶1至3∶1的水/乙醇溶液中；在约10-15MPa的压力与约100-200℃的温度下，使上述分散液中的纳米二氧化钛与石墨烯反应，以得到石墨烯/纳米二氧化钛复合物。

根据本发明另一实施例，可利用二氧化钛纳米管或二氧化钛纳米颗粒来作为上述的纳米二氧化钛。

根据本发明又一实施例，可利用水热法来制造上述二氧化钛纳米管。

本发明的另一方面是关于一种石墨烯/纳米二氧化钛复合物。和市售的二氧化钛催化剂相较之下，此种石墨烯/纳米二氧化钛复合物具有较高的比表面积，且也具有较佳的光催化降解速率。

根据本发明又一实施例，此石墨烯/纳米二氧化钛复合物主要由重量比约500∶1至10,000∶1的纳米二氧化钛与石墨烯所组成。

在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域中具有通常知识者当可轻易了解本发明的基本精神及其它发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施方式。

附图说明

为让本发明的上述与其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图说明如下：

第1A图至第1C图为根据本发明实验例所制得的二氧化钛纳米管的SEM照片；

第2A图与第2B图分别为根据本发明一实验例所制得的石墨烯/二氧化钛纳米管复合物的TEM照片与IR图；以及

第3图为根据本发明一实验的甲基蓝测试结果。

具体实施方式

为了使本发明内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

和微米等级以上的二氧化钛材料相较之下，纳米二氧化钛具有较高的比表面积，理论上可提供较大的光催化面积，且会具有较佳的光催化效率。然而在实际上，纳米二氧化钛的表面能极高，为了降低表面能，纳米二氧化钛粒子的表面彼此接触后常会形成团聚体(aggregates)。此外，许多光催化分解反应要在水溶液中或有水的环境下进行，此时纳米二氧化钛粒子同样会因为比表面积大、表面能高等因素，而和水、空气凝聚并形成凝聚体(coagulates)。不论是形成团聚体或凝聚体，都会降低纳米二氧化钛的比表面积，也相应地限制了纳米二氧化钛的光催化效率。

有鉴于此，本发明的一方面是关于一种石墨烯/纳米二氧化钛复合物的制备方法。根据本发明的原理与精神，可在高温高压下，使石墨烯与纳米二氧化钛反应，进而得到石墨烯/纳米二氧化钛复合物。藉由此处提出的方法，可将纳米二氧化钛分散并固定于石墨烯的表面上，而形成一复合物；如此一来，即可有效地降低上述纳米二氧化钛粒子发生团聚或凝聚的机会，且由于复合材料提供更大的表面积，进而提高材料对有机污染物的吸附能力，且此材料由于异质接口的形成降低电子与电洞之间的复合速率；碳表面材料吸收光子之后，将电子注入到二氧化钛的导电带，可形成用以降解有机污染物的反应载体。