[发明专利]一种石墨烯/钛酸盐纳米复合可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种石墨烯/钛酸盐纳米复合可见光催化剂及其制备方法，特别是指一种用水热法制备石墨烯/钛酸盐纳米复合可见光催化剂的方法，属于纳米复合材料和光催化技术领域。 

背景技术

目前世界污染严重，我国是世界上染料生产和消费的第一大国，染料及印染废水污染量大而广，这些废水是治理难度较大的工业废水之一，它具有水量大、色度高、化学成分复杂、难生化降解等特点；近年来利用光催化技术来降解染料废水成为一个研究热点，光催化技术具有无毒无害、成本低、高活性、易操作可重复使用等优点，同时该技术能有效地破坏许多结构稳定的生物难降解污染物，与传统水处理技术相比具有明显的优势，光催化技术已成为一种有重要应用前景的环境治理方法,引起了国内外学者的普遍重视。 

    光催化剂是光催化技术重要的组成部分，光催化剂的成分、晶体结构、尺寸以及形貌等因素直接影响光催化效果的好坏；自1972年发现二氧化钛的光催化作用至今，二氧化钛光催化剂的制备和性能研究取得了很大进展，但是TiO₂本身存在禁带宽度较大、可见光利用率低、可见光催化效果不理想、回收困难等问题, 因而设计和制备新型可见光响应的光催化剂具有重要的的研究意义和应用价值。 

研究结果表明，钙钛矿型无机钛酸盐也具有一定的光催化性能，关于钙钛矿型钛酸盐的控制合成和光催化性能的研究起步较晚，目前关于该类钛酸盐的研究主要集中在其碱土金属盐类及钛酸铅的合成制备以及光催化性能上；傅希贤等 [天津大学学报, 2001, 34, 229- 231]发现ATiO₃ (A=Ca、Cd、Pb)型复合氧化物的光催化活性与A离子的电负性有密切关系：即随A位原子序数增加而增加，对ATiO₃的A位进行了部分掺杂改性可使其催化性能得到改善。 Dong等[J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 3918-3925]报道了采用MCl₂ (M = Ba, Sr, Ca, Mg)为原料通过水热方法合成不同形貌的MTiO₃(M = Ba, Sr, Ca, Mg)的一种通用合成路线。 

由于钛酸锶具有优良的介电性、半导性及耐高电压强度，已成为制备多功能电子陶瓷的重要无机材料；钛酸锶具有和二氧化钛相同的禁带宽度(3.2eV)，近年来，在光催化、太阳能电池光电极、传感器等领域引起的广泛的研究兴趣；韩高荣等人[CN101092244A; J. Am. Ceram. Soc., 2008, 91, 299-302；J. Am. Ceram. Soc., 2010, 93, 1297-1305]用水热法合成钛酸锶，并用PVA调控其形貌；Liu等 [J. Solid State Chem., 2011, 184, 1924–1930]用SrTiO₃/Ag在紫外光下降解甲基橙，光催化性能比SrTiO₃有很大提高。 

钛酸钡具有高介电常数，优良的压电、铁电和绝缘性能，广泛用于制作高电容率电容器和各种敏感元件；钛酸钡在高于居里点125℃后是立方体钙钛矿结构，这种结构具有作为光催化剂的潜力；文献[Catal. Today, 1998, 40, 367-376]评价了掺锂钛酸钡作为光催化剂降解苯酚的能力；潘春跃在[中国有色金属学报, 1995, 5, 51-54]和刘春英等[硅酸盐通报, 2011, 30, 620-624]中分别用不同原料水热合成钛酸钡。 

胡嗣强等[化工冶金, 1995, 16, 42-46]曾以Ca(OH) ₂和TiO(OH) ₂为前驱物用水热法制备了钛酸钙粉末，但其步骤繁琐，所得产物粒子大小均一性差；王荣等[电子元件与材料, 2008, 27, 12－14]曾报道了以CaCl₂和TiCl₄为原料一步水热法合成CaTiO₃粉末，获得了结晶性和分散性都很好的产物；范莉莉等[无机盐工业, 2011, 43, 16-18]在此基础上进一步研究了在PVA存在下，用水热法制备CaTiO₃粉末的方法，获得了粒度更小，分散性更好的产物；Zhou等[J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 14279-14287]以钛酸四丁酯和硝酸钙为原料用水热合成不同形貌的CaTiO₃粉体。