[发明专利]一种光催化材料及制备方法

说明书

本发明属于新型材料技术领域，公开了一种光催化材料及制备方法，光催化材料所述光催化材料由纳米TiO2、硅烷偶联剂、偶氮苯、质子酸催化剂、溶剂、C₃N₄光催化剂、氧化石墨烯组成；纳米TiO2：硅烷偶联剂：偶氮苯：质子酸催化剂：溶剂：C₃N₄光催化剂：氧化石墨烯的质量比例为5～10:1～2:3～6:3～6:1～2：2～4：2～4；硅烷偶联剂为γ‑氨丙基三乙氧基硅烷；所述的偶氮苯为4‑氨基偶氮苯；所述的质子酸催化剂为HCl。本发明名光催化材料制备简单，成本低廉，并且光电转化效率高；本发明解决了目前光催化剂的制备存在的制备方法负载，载体二次污染的问题。

技术领域

本发明属于新型材料技术领域，尤其涉及一种光催化材料及制备方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

目前，光催化材料是指通过该材料、在光的作用下发生的光化学反应所需的一类半导体催化剂材料，世界上能作为光催化材料的有很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。现有二氧化钛光催化材料制备方法过于复杂，成本较高，因此需要一种成本低，光电转化效率高的一种二氧化钛光催化材料的制备方法。

随着经济社会的飞速发展和环境的急剧变化，解决能源短缺和环境污染问题已成为实现社会可持续发展和保障国家安全的迫切需要。在众多技术途径中，以太阳能为直接驱动力的光催化材料收到了广泛关注。光催化材料能将低密度的太阳能有效地转化为高密度的化学能，如裂解水制备氢气和氧气，降解有机污染物、还原重金属离子实现对空气和水的净化，因此，从能源和环境的角度综合考虑，太阳能光催化技术是解决能源短缺和环境污染的最终方案之一。

然而，目前研究的光催化材料基本上都是以粉体为主，而且大多数研究都是围绕着粉体光催化剂的掺杂、晶面控制等展开，也有一些研究将催化剂负载到一些比表面积较大的载体上。然而，目前研究的大多数载体都是没有活性的并且存在或多或少的结合不稳定的问题，而且许多载体本身都是对环境有污染材料。因此，寻找更加合适的催化剂载体一直是该领域的一个重要研究方向。

近年来石墨烯材料因其有着良好的导电性和电子传输能力而受到人们广泛研究，其中更是有许多研究将其作为光催化剂的载体。如Zhang和Li等，成功用TiO₂光催化剂负载到石墨烯气凝胶上，所得到的光催化材料对染料亚甲基橙有良好的降解性能(J.Am.Chem.Soc.，2014,136,5852-5855；Applied Catalysis B:Environmental，2015，174–175，421–426)。类似的报道还包括Niu等(Adv.Mater.2015,27,3767–3773；)。但是该类方法再合成三维一体式光催化气凝胶时都常常需要使用高温(180摄氏度)，长时间水热反应(24h)以及一些连接剂。在这些苛刻的条件下，纳米颗粒光催化材料才能与石墨烯气凝胶基底有较好的结合。但是这些苛刻的条件对催化剂本身以及环境的影响又是不可避免的。

基于石墨烯(包括氧化石墨烯)的大片层结构，我考虑是否可以通过使用类似的片状光催化剂将其负载到石墨烯气凝胶上，这样的片与片结合将大大增加二者的结合能力。为此，本发明首次采用氧化石墨烯作为载体，通过简单的冷冻干燥法，成功地将C₃N₄，MoS₂等片状催化剂负载到氧化石墨烯层片的表面，并得到三维载于氧化石墨烯的光催化材料，后续经过简单的气相或者退火还原即可得到光催化剂负载于石墨烯气凝胶。这种气凝胶光催化材料相对比较于粉体光催化剂具有较大的比表面积，并且大大地提高了光催化活性位点，从而增加光催化活性。不仅如此，这种三维多孔气凝胶光催化材料还可以吸附染料、油等有机物，具有广泛的潜在应用前景。