[发明专利]基于电弧法的石墨烯/二氧化钛复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机复合材料领域，具体是一种基于电弧法的石墨烯/二氧化钛复合材料的制备方法及其所制备得到的材料。

背景技术

石墨烯是一种稳定的二维平面结构，因此，石墨烯具有极高的导电性和热导性，极高的比强度和极大的比表面积。石墨烯与其他物质进行复合时，可以制备出性能优异的复合材料。将石墨烯与半导体材料复合，当材料被光照射时，光生电子可以注入到石墨烯中，有效防止光生电子和空穴的复合，从而提高光催化效率，显著提高光催化材料的性能。

二氧化钛(TiO₂)是一种半导体材料，具有极好的光电转换能力、长期稳定性及近乎无毒等优异性能的无机材料，在光伏太阳能电池、光催化反应、光催化降解、污水处理等领域有着广泛的应用，但其存在降解活性较慢的缺点。所以人们对TiO₂光催化剂进行了广泛的改性研究，其中包括催化剂表面贵金属的沉积、半导体光催化剂的复合、光催化剂的离子掺杂、光敏化以及形成中孔结构等。许多文献也报道了采用新型碳材料诸如碳纳米管、C60、类石墨碳材料、石墨烯等与光催化剂杂化形成复合材料，增强了材料对有机物、污染物的光催化性能。

专利申请号201010590547.3公开了一种石墨烯/纳米二氧化钛复合物及其制备方法，将纳米二氧化钛与石墨烯分散于一定比例的水/乙醇溶液中，通过加压和升温使分散液中的纳米二氧化钛和石墨烯反应。

专利申请号201110225465.3公开了一种石墨烯/介孔二氧化钛可见光催化剂及其制备方法，将氧化石墨烯加入到冰醋酸中，超声分散得到氧化石墨烯的分散液；在氧化石墨烯的分散液中加入钛源，通过水热法制备出石墨烯/介孔二氧化钛纳米复合可见光催化剂。

专利申请号201210582986.9公开了一种石墨烯/二氧化钛光催化剂的制备方法，将氧化石墨烯加入到水和乙醇的混合溶液，再将此混合溶液滴加到溶有钛酸四丁酯的氯仿中，将最终的混合液用水热釜反应，制得石墨烯/二氧化钛光催化剂。

专利申请号201310287749.4公开了一种石墨烯和二氧化钛复合材料的制备方法，将含有钛离子的前驱体溶于无水乙醇中，配制成溶液，再加入氧化石墨烯溶液，沉积、干燥，再通过水热法即可得到石墨烯和二氧化钛复合材料。

目前石墨烯的制备方法主要有微机械剥离法、化学气相沉积法、化学还原石墨烯氧化物法和溶剂热法等，而石墨烯和二氧化钛复合材料的制备方法主要是水热法和溶剂热法等，如上述现有技术均采用水热法。但这些方法有其各自的局限性：

1、微机械剥离法，该法工艺简单,成本低廉,但费时费力,制备的产品大小尺寸不易控制，重复性差,难以大规模制备。

2、化学气相沉积法，该法可以制备出高质量大面积的石墨烯，可满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂。

3、化学还原石墨烯氧化物法，一般采用肼等还原剂还原氧化石墨烯，再与二氧化钛复合，所采用的还原剂一般具有毒性，不环保，限制了其应用前景。

4、溶剂热法，合成时间长，工艺复杂，生产效率低。

因此，提供一种制备时间短、操作简单、工艺环保、制备效率高的石墨烯和二氧化钛复合材料的制备方法，对于该复合材料的工业化生产是十分有利的。

发明内容

为了解决上述技术问题，提供一种制备时间短、操作简单、工艺环保、制备效率高的石墨烯/二氧化钛复合材料的制备方法，本发明人在进行大量的创造性劳动后，完成了本发明。

本发明提供一种基于电弧法的石墨烯/二氧化钛复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

称取二氧化钛样品，放入电弧放电装置中，所述电弧放电装置中设有以石墨作电极的阴极和阳极，所述二氧化钛样品放置在所述阴极和阳极电极的中间；

向所述电弧放电装置通入氩气和空气的混合气体；

开启所述电弧放电装置，调节电流大小，使所述电弧放电装置放电；

放电结束，制得所述石墨烯/二氧化钛复合材料。

进一步地，所述二氧化钛样品为0.4g～1.0g的二氧化钛粉末，将所述二氧化钛粉末放入模具中压制，得到直径为10mm～20mm的压坯，将所述压坯放置在所述阴极和阳极电极的中间。

优选地，所述二氧化钛样品为0.6g的二氧化钛粉末，将所述二氧化钛粉末放入模具中压制，得到直径为15mm的压坯，将所述压坯放置在所述阴极和阳极电极的中间。

进一步地，所述混合气体中，所述氩气的压强为500torr～2000torr。