[发明专利]二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂的制备方法。包括如下步骤：步骤一)将二氧化钛前驱体、氢氟酸和氧化石墨烯混合；步骤二)将步骤一)得到的混合液转移至水热反应釜，120～200℃下反应12～24h；步骤三)将步骤二)反应所得的产物经清洗后干燥获得二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂。还涉及由上述制备方法制得的二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂。本发明制备的原料普通易得，成本低廉，制备过程简单，绿色环保，使二氧化钛纳米片均匀分布于石墨烯表面。同时，获得了优良的光催化活性和循环使用性能，在环保领域有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

1972年，Fujishima等人发现了在光照条件下TiO₂表面能发生水的氧化还原反应，开启了光催化反应研究的新篇章。TiO₂由于其成本低廉、化学性质稳定、环境友好等优点，是目前研究最广泛的光催化剂之一，其对各种有机污染物都显示出光催化降解能力。自然界中的TiO₂具有三种常见的晶型，锐钛矿、金红石和板钛矿，其中，锐钛矿型TiO₂因具有高比例(101)晶面，在光催化降解有机污染物方面表现出优异的性能。但由于TiO₂与吸附于其表面的有机污染物发生化学作用所需的时间大于光激发产生的电子-空穴对复合所需的时间，导致TiO₂的光催化效率较低。因此，通过添加贵金属、半导体氧化物、碳纳米管、石墨烯等组分获得TiO₂基复合光催化剂是提高光催化效率的有效途径之一。这些复合光催化剂具有不同的电子能级，使得电荷分离可以通过内部电场驱动力增强。

石墨烯，因其比表面积大、电导率高、电荷载流子迁移能力强等优点，不仅有利于提高目标污染物在其表面的吸附能力，还可以促进复合材料中光生电子的传输，有效降低光生电子-空穴的复合效率,且能扩大复合材料对紫外光的吸收能力，提高其光催化性能，被广泛用于制备TiO₂基复合光催化材料。氧化石墨烯(GO)由于易于合成，是制备各种石墨烯基光催化材料的主要前驱体之一。但GO中存在大量的含氧官能团如羟基和环氧化物，导致其电子性能大幅降低。因此，为了制备高效的基于石墨烯的TiO₂光催化剂，需将GO还原为还原石墨烯(rGO)，以便获得优异的载流子迁移率。其中，水合肼和硼氢化钠可作为高效还原剂对GO进行还原，但本身毒性较强，反应后对环境会造成二次污染。醇用作还原剂其本身没有毒性，但还原性较弱，只能部分还原GO。

目前，关于二氧化钛/还原石墨烯(TiO₂/rGO)复合光催化剂的报道中TiO₂主要以纳米颗粒为主。Qiu等(Qiu B,Zhou Y,Ma Y,et al.Facile synthesis of the Ti3+self-doped TiO₂-graphene nanosheet composites with enhancedphotocatalysis.Scientific reports,2015,5:8591-8596)采用真空活化法，将制得的GO和商售P25(TiO₂纳米粒子)混合，在真空条件下于300℃反应3h，使GO还原为rGO从而获得TiO₂/rGO复合材料。该方法条件苛刻，需在真空下完成。Wang等(Wang P,Wang J,Wang X,etal.One-step synthesis of easy-recycling TiO₂-rGO nanocomposite photocatalystswith enhanced photocatalytic activity.Applied Catalysis B:Environmental,2013,132:452-459)将GO和商售P25混合在水热条件下反应后获得TiO₂/rGO复合材料。该方法采用水热法研究P25颗粒与rGO之间的相互作用和光催化性能，未经修饰的P25纳米粒子在复合材料中团聚明显。