[发明专利]二氧化钛-石墨烯复合材料及其在光触媒纳米溶胶中的应用

说明书

本发明公开了一种二氧化钛‑石墨烯复合材料及其在光触媒纳米溶液中的应用。所述的二氧化钛‑石墨烯复合材料由以下方法制备得到：二氧化钛加入到氢氧化钠溶液中混合均匀后加入石墨烯超声分散均匀，高温高压反应后得到。与现有技术相比，将本发明的二氧化钛‑石墨烯复合材料应用于光触媒纳米溶胶中，制备得到的光触媒纳米溶胶，粒径均一，分散性好，稳定性高，具有优异的光吸收性能和良好的光催化效果，而且性能稳定，制备工艺简单，制备条件温和，具有良好的应用价值。

技术领域

本发明涉及光触媒技术领域，特别是涉及一种二氧化钛-石墨烯复合材料及其在光触媒纳米溶胶中的应用。

背景技术

光触媒是一种纳米级的金属氧化物材料，它涂布于基材表面，在光线的作用下，产生强烈催化功能，能有效地降解空气中有毒有害气体；杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解或者无害化处理；同时光触媒还具备除臭、抗污等功能。光催化起作用的必要条件是有光触媒和合适波长条件的光照。目前光触媒最常用的是二氧化钛材料。二氧化钛之所以能够起到光催化作用是因为其自身的物理化学性能决定的。二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，对应的光吸收波长为387nm，这意味着只有受到波长小于或等于此波长的光照射时才能起到光催化的作用，价带上的电子才会被激发，越过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴，受光激发产生的导带电子和价带空穴在复合之前有足够的寿命。

21世纪发展与环境的矛盾日益突出，研究者对光催化环境保护领域的关注与研究逐步增加，尤其是光催化降解废水中的有机污染物已成为最热门的研究课题之一。二氧化钛作为经济型环保材料，具有非常高的光催化特性，今年来得到了研究者的广泛关注。然而，二氧化钛禁带宽度较大(金红石相为3.0eV，锐钛矿相为3.2eV)，只能被紫外光所激发，严重限制了其催化活性与实际使用条件；另一方面，当二氧化钛受到光辐射时，激发的电子空穴对无法及时迁移到表面，在内部迅速复合，无法起到催化效果，也降低了其催化活性。

石墨烯(Graphene)自发现以来，其独特的理化特性使其在众多领域如储氢、导电材料、吸附剂及复合材料等领域得到广泛的应用。因此，将石墨烯与TiO₂复合，利用石墨烯提供的大比表面积和极强的电荷传输性能，可显著改善TiO₂的光催化性能。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种二氧化钛-石墨烯复合材料。

本发明的目的之二在于提供二氧化钛-石墨烯复合材料在光触媒纳米溶胶中的应用。石墨烯作为单原子层结构碳纳米材料，具有优异的电学特性，是良好的电子受体。将石墨烯引入光触媒纳米溶胶光催化降解领域，通过与二氧化钛的可控结合，可有效弥补二氧化钛的不足，大幅提高光催化特性，有效缩短光激发载流子到材料表面的迁移路径，降低内部复合导致的效率降低；利用石墨烯超高的载流子迁移率将激发产生的电子与空穴迅速分离，参与有机分子分解反应，提高催化效率。

具体方案如下：

一种二氧化钛-石墨烯复合材料，由以下步骤制备得到：将二氧化钛加入氢氧化钠水溶液中，搅拌混合均匀，得到乳浊液；将石墨烯加入乳浊液中，搅拌混合均匀后，超声分散，得到混合液；将混合液倒入反应釜中，于180～200℃反应6～12小时；反应结束后，将反应体系自然冷却、离心、收集底部沉淀，即为反应产物；将反应产物置于硝酸水溶液中浸泡、离心、收集底部固体；将底部固体依次用水和无水乙醇洗涤后，干燥，获得二氧化钛-石墨烯复合材料。