[发明专利]一种Ag/CeO2/石墨烯气凝胶及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种双功能材料Ag/CeO₂/石墨烯气凝胶及其制备方法和用途，属于纳米材料应用、催化技术领域以及生物材料等。Ag和CeO₂纳米粒子同时高分散在三维多孔石墨烯气凝胶中，实现光催化剂降解有机染料分子和抗菌杀菌双功能用途。通过稀释‑浓缩工艺与两步还原法实现CeO₂和Ag纳米粒子在载体中的分散度和负载量的可控，小尺寸纳米Ag粒子的可控以及三维多孔结构的组装。该材料利用三维多孔石墨烯的强吸附性吸附染料分子；利用CeO₂纳米粒子光催化剂降解吸附的染料分子；利用小尺寸纳米Ag粒子的生物活性达到抗菌和杀菌的性能。

技术领域

本发明涉及一种双功能材料Ag/CeO₂/石墨烯气凝胶及其制备方法和用途，属于纳米材料应用、催化技术领域以及生物材料等。

背景技术

石墨烯(Graphene)是近年来备受关注的二维单原子层碳材料，具有很多优异特性，如超高的导电率(103～104S m^-1)、大的比表面积(约2630m²g^-1)、更高的杨氏模量(约为1100GPa)以及热导率(约为5000W m^-1K^-1)等，因此在很多领域都有很好的应用前景。由于石墨烯片层之间具有较强的吸引力，二维石墨烯片层容易发生团聚甚至重新堆砌成石墨结构，从而导致其比表面积、电学性质等性能下降。目前，将二维石墨烯片层以一定的方式组装成具有多孔网络结构的三维石墨烯气凝胶正受到科研工作者的关注。三维石墨烯气凝胶不仅继承了二维石墨烯的优异电学性能，还具有更高的实际比表面积、高孔隙率和低密度等一系列优异的特性。除此之外，三维石墨烯气凝胶具有优异的吸附性能，可以吸附比自身重近千倍的原油，因此在水污染处理方面展现出了巨大的应用前景。尽管三维石墨烯气凝胶具有强吸附性，可以吸附污水中有机分子，尤其是染料分子等污染物，但是由于其为物理吸附，因此所吸附的染料分子仍旧残留在三维石墨烯气凝胶中，大大影响气凝胶的吸附性，循环性以及吸附重现性。自1972年，A.Fujishima和K.Honda发现n型半导体TiO₂具有光催化分解水的作用以来，光催化由于低价、无毒、稳定、高效及可重复等特点，在催化降解有机物方面展现出巨大的潜在应用价值。目前，光催化剂主要是具有较大带隙的金属氧化物如：TiO₂， Ag₂O，CeO₂；硫化物半导体ZnS等。在众多半导体材料中，CeO₂由于其低廉、光响应范围宽、稳定性高等特点正在受到越来越多研究人员的关注。研究表明：石墨烯负载具有光催化功能的纳米粒子可以形成新型光催化剂，其对有机污染物具有很好的催化降解能力。在光照条件下，半导体将产生电子-空穴对，由于石墨烯的存在，电子将转移至石墨烯的表面，从而使电子-空穴对有效分离。转移至石墨烯的电子与H₂O、O₂等反应，生成活性氧基团OH*、O₂*等，这些活性基团对污染物具有很强的氧化降解能力，从而可以更高效的分解污染物。如果将CeO₂纳米粒子负载于三维石墨烯气凝胶中，利用石墨烯气凝胶的强吸附性吸附染料分子，再利用CeO₂优异的光催化性能降解所吸附的染料分子，则可以达到更好的净化效果。