[发明专利]一种四面体磷酸银/氧化石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

一种四面体磷酸银/氧化石墨烯复合材料及其制备方法属于复合材料和环境治理光催化技术领域。该复合材料通过质子溶剂/偶极非质子溶剂混合溶剂，由氧化石墨烯纳米片包覆四面体磷酸银而成，其中四面体磷酸银尺寸在几百纳米到几微米之间，二者之间通过离子键形成了紧密的界面接触。复合材料在可见光激发下对多种有机染料具有高效的光催化降解效率，且光催化性能稳定，循环利用性强。这种复合材料制备条件温和，工艺简单，生产周期短，成本低，易于大规模生产。可广泛用于光催化降解材料，此外在抗菌材料、电极材料领域也具有一定的应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化降解材料，具体涉及一种具有高效可见光响应特性的四面体磷酸银/氧化石墨烯复合材料及其制备方法。磷酸银作为新型可见光催化剂，然而，磷酸银在光催化反应过程中的稳定性较差以及成本较高，其大规模应用受到限制。

背景技术

利用半导体光催化剂降解有机污染物已成为当今环境科学的研究热点，为了更大限度地利用太阳光，人们期待能开发出更高效的可见光响应型半导体光催化剂。磷酸银可以吸收太阳光能量中波长小于530nm的光，量子效率达到90％，远远高于此前的其它金属氧化物所报道的～20％，其在可见光照射下氧气生成速率和染料降解速率是同类广泛研究的催化剂钒酸铋和三氧化钨的几十倍。此外，研究发现晶面效应对磷酸银的催化效果有很大的影响。在可见光(λ≥400nm)照射下四面体型磷酸银降解甲基橙、罗丹明B的速率是菱形十二面体、立方型和球状磷酸银的十倍。尽管磷酸银具有较高的可见光催化活性，但其导带位置(0.45 eV)比氢更正，容易发生光腐蚀生成银单质。氧化石墨烯是一种具有准二维层状结构的材料，与磷酸银复合后，能够作为光生电子的传输通道，降低磷酸银被还原的几率，从而有效提高磷酸银的稳定性和光催化性能，同时，氧化石墨烯的大比表面积，提高了有机污染物的吸附，也可以大幅提高光催化降解效率。

本发明采用水-乙醇混合溶剂法在氧化石墨烯的表面原位生成四面体磷酸银微米晶体。这种复合材料制备条件温和，工艺简单，生产周期短，成本低，易于大规模生产。可广泛用于光催化降解材料，此外在抗菌材料、电极材料领域也具有一定的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于介绍一种制备四面体磷酸银/氧化石墨烯复合材料的方法。通过混合溶剂法，静电自组装原理，在氧化石墨烯的表面原位生成四面体磷酸银晶体。

本发明的技术方案如下：

一种四面体磷酸银/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：该复合材料由石墨烯纳米片包覆四面体磷酸银而成，石墨烯纳米片可以在纳米和微米之间调控，四面体磷酸银尺寸在几百纳米到几微米之间，二者之间通过离子键形成了紧密的界面接触。氧化石墨烯分散在质子溶剂/偶极非质子溶剂混合溶剂中，氧化石墨烯的表面的含氧官能团在水溶液中羧基易电离出氢离子，同时羟基与氢氧根生成水和阴离子，使表面带负电，带正电荷的银离子通过静电自组装在氧化石墨烯表面原位生成磷酸银晶体。而偶极非质子溶剂中的氢与分子内原子结合牢固，不易给出质子，缓解硝酸银和磷酸的溶解和电离，通过控制质子溶剂和偶极非质子溶剂的体积比，有效控制磷酸银四面体的形貌。

一种四面体磷酸银/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，将氧化石墨粉体加入到质子溶剂/偶极非质子溶剂混合溶剂中，对溶液进行超声分散处理1～2h，得到氧化石墨烯的分散液浓度为1.47～2.94mg/mL；以质子溶剂和偶极非质子溶剂为混合溶剂，配制0.5～1mol/L的硝酸银溶液，以偶极非质子溶剂为溶剂配制0.2～0.4mol/L的磷酸溶液；将硝酸银溶液滴加到氧化石墨烯的分散液中，搅拌10～20h,将磷酸溶液与硝酸银按化学计量摩尔比1:3逐滴加入到上述氧化石墨烯/硝酸银混合分散液中，继续搅拌30min，得到四面体磷酸银/氧化石墨烯分散液，分别用去离子水和乙醇清洗，然后在50℃下真空干燥12小时，得到四面体磷酸银/氧化石墨烯复合材料粉体。

进一步，偶极非质子溶剂包括二甲亚砜、二甲基甲酰胺、丙酮、乙腈、二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺或乙醇。