[发明专利]一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物及其制备方法和光催化应用

说明书

本发明涉及一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物及其制备方法及其光催化的应用，该方法包括(1)石墨烯‑金属纳米颗粒复合结构的制备：(2)锰酸镧的制备：(3)离子掺杂的锰酸镧与石墨烯复合物的制备等三个步骤，且通过对于锰酸镧的金属离子掺杂，使得该光触媒具有更好的光催化活性，且具有与石墨烯更好的界面关系，从而提高光催化效率。

技术领域

本发明属于催化材料领域，特别涉及一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物及其制备方法及其光催化的应用。

背景技术

光催化是现在研究的热点之一，光催化的催化剂也称之为光触媒，通过在光的作用下，光触媒可以将光能转化为化学能，进行一些化学反应，将一些有毒有害污染物进行分解。目前广泛使用的光催化剂是TiO₂。当前TiO₂作为光催化剂存在两个主要的缺点：一是只能吸收380nm以下的紫外光，从而不能够充分的利用太阳光；二是由于光生电子-空穴对容易在TiO₂体内或表面复合，因此量子效率较低。对于其他光催化剂来说，除了量子效率，不少半导体还存在光化学稳定性不佳等问题。因此，如何扩展已有光催化剂对太阳光的吸收范围、提高光催化量子效率等问题，已经成为当前光催化领域的研究焦点。钙钛矿型复合氧化物(ABO₃)作为光催化剂已被广泛研究，该类材料在热稳定性、化学稳定性和结构稳定性方面具有一定的优越性，其能带间隙通常小于3.0eV，在可见光范围内表现出良好的光催化活性。但是由于它的量子产率较低(约4％)、难负载等技术难题，阻碍了其在工业上广泛的应用。

燕山大学在CN201210236098.1中公开了一种纳米钙钛矿/碳纳米管复合光催化剂，其是粒径为25～35nm的钙钛矿颗粒较均匀的包覆在直径为60nm左右的商用碳纳米管上的复合材料；其制备方法是将碳纳米管加入到无水乙醇中制成碳纳米管悬浮液，将烷基酚聚氧乙烯醚、硝酸盐和柠檬酸加入到碳纳米管悬浮液中，在水浴下70℃陈化至水分蒸发完全，最后经干燥、焙烧得到。

随着石墨烯的发展，人们也逐渐慢慢注意到石墨烯与光触媒的复合，由于石墨烯具有良好的导电性，将石墨烯与钙钛矿型氧化物复合后，作为钙钛矿型氧化物的支撑材料，石墨烯能够起到电子传递通道的作用，这使其可以成为良好的电子或空穴传递的多功能材料，提高了钙钛矿型氧化物的电导率，降低了电子-空穴对的再复合率；同时使得钙钛矿型氧化物均匀的铺在石墨烯的表面，增大了催化剂的比表面积，因而提高了其催化活性。燕山大学继续在CN201410623631.9中公开了一种钙钛矿纳米棒/石墨烯复合材料及制备方法，，其是在石墨烯膜上均匀分布棒长为140～770nm，直径为70～90nm的钙钛矿纳米棒。该复合材料的制备方法主要是以石墨纸为阳极，碳棒为阴极，浓硫酸为电解液，进行氧化剥离，制备出薄层石墨烯材料；再将其制备成石墨烯悬浮液；将硝酸盐加入到石墨烯悬浮液中，使金属硝酸盐水解，辅助水热，最后经干燥、焙烧得到钙钛矿纳米棒/石墨烯复合材料。

在学术论文上，也存在一些石墨烯-锰酸镧的复合结构，不过其制备工艺一般是采用将锰酸镧和石墨烯直接进行复合，不能获得基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，研制出一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物及其制备方法及其光催化的应用，该方法简便，且通过对于锰酸镧的金属离子掺杂，使得该光触媒具有更好的光催化活性，且具有与石墨烯更好的界面关系，从而提高光催化效率。

一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物的制备方法，包括如下步骤：

(1)石墨烯-金属纳米颗粒复合结构的制备：