[发明专利]一种石墨烯包裹二氧化钛二次生长的光催化复合材料

说明书

本发明公开了一种石墨烯包裹TiO₂二次生长的RGO/TiO₂光催化复合材料，属于光催化复合材料领域。首先通过调节乙二醇和乙醇体积比、酸的种类及浓度和水热反应时间及温度来调控TiO₂的第一次生长，得到未定型TiO₂，再进行TiO₂的二次生长中，加入GO与之协同作用，使之被还原成RGO。在GO包裹下，未定型TiO₂获得了更稳定的二次生长环境，与石墨烯接触面积达到最大，有效利用了石墨烯超高导电性，大大延迟了TiO₂光生电子对的空穴复合，还使得其光吸收红移，光响应区扩宽至可见光范围。同时，石墨烯高度共轭表面允许通过π‑π堆积，使得复合材料增加了优先吸附芳香族化合物的特性，大大优异了材料的性能。

技术领域

本发明内容属于光催化复合材料领域，具体涉及一种石墨烯包裹TiO₂二次生长的RGO/TiO₂光催化复合材料及其制备方法。

背景技术

具有高能价带孔的纳米晶体二氧化钛（TiO₂），由于其独特的界面、高的化学稳定性及光催化性，已有大量研究将其应用于环境友好材料中有机物的光催化降解。二氧化钛的氧化还原化学性质使得其与许多其他化合物具有高度反应性。即使在光照下，TiO₂也具有非常好的化学稳定性，使其广泛用作光催化剂。但TiO₂颗粒电荷载体的复合速率较高，导致其光催化效率活性较低。且二氧化钛只吸收紫外（UV）光谱内的光线，限制在太阳光谱的10％以下。并且大部分目标物质对二氧化钛的亲和力远小于其他材料。正是由于这些原因，使得改进TiO₂光催化体系的研究正在继续增长。石墨烯是由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状碳材料，因其优异的电子迁移率、超高的比表面积及其光学性能，也是如今研究的热点之一。

由于各种材料的互补性，石墨烯/TiO ₂复合材料正迅速普及。二维石墨烯的存在可以改善纯TiO₂的电导率，因其高的导电性，可以延长光生电子与光生空穴的寿命，从而提高TiO₂的光催化活性。并且添加石墨烯后，可以调控TiO₂的禁带宽度，使其在光吸收中红移，使得TiO₂在可见光下也具备光催化活性。TiO₂在形成过程中其表面之间的氢键通过与氧化石墨烯GO表面的不同官能团（例如-OH和-COOH基团）发生键合，使得GO的官能团被去除，氧化石墨烯被还原成石墨烯。因此，石墨烯/二氧化钛的复合材料是性能优良的光催化剂。

对石墨烯/TiO₂复合材料的制备一直是研究热点，但大多关于水热法制备的报道都是采用一次水热制备石墨烯/二氧化钛复合材料，即选用钛源为前驱体，在溶剂中与石墨烯或氧化石墨烯混合，然后采用水热法处理。与大多一次水热合成的石墨烯/TiO₂，其TiO₂主要负载在氧化石墨烯或石墨烯片层上，易使TiO₂团聚生长，从而导致TiO₂与石墨烯表面积接触小，没有充分利用石墨烯优异的电子迁移率，对改善其光催化活性效果不是特别理想。因此，扩大TiO₂与石墨烯接触表面积，有益于材料光催化活性的大大提升。

发明内容