[发明专利]石墨烯光催化材料、制备工艺及应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯光催化材料、制备工艺及应用，包括载体和负载在载体上的光催化剂，所述载体为聚多巴胺改性载体，所述光催化剂为石墨烯/TiO₂光催化剂；制备工艺包括：将多巴胺、三羟甲基氨基甲烷和水混合均匀，配成多巴胺溶液；将载体浸泡于所述多巴胺溶液中进行反应，反应结束后，取出载体并去除载体表面多巴胺溶液，得到聚多巴胺改性载体；将光催化剂通过化学负载或物理负载固定在聚多巴胺改性载体上，得到石墨烯光催化材料。采用多巴胺化学修饰，在载体表面引入活性官能团，有利于石墨烯光催化剂的固定负载，通过简单的修饰，载体表面石墨烯光催化剂负载量增大，光催化效率进一步提高。

技术领域

本发明涉及催化剂负载，尤其涉及一种石墨烯光催化材料、制备工艺及应用。

背景技术

光催化技术是利用太阳能，通过光催化剂吸收光子能量驱动氧化还原反应的一种过程。近年来，人们通过先进的制备工艺与研究手段应用于光催化技术的研究，推动了这一技术的迅速发展。TiO₂是目前研究最多和应用最广泛的半导体光催化剂，也是公认的最理想的光催化剂，已经大量用于空气净化、污水处理和保洁除菌等环保领域。目前，TiO₂光催化剂面临的主要问题有太阳光利用率低、光生电子与空穴复合概率高的问题

石墨烯作为一种新型二维纳米材料，因其具有优良的导电性能和巨大的比表面积，近年来，石墨烯用于光催化领域的研究备受关注。这主要是因为石墨烯具有以下特性：(1)石墨烯作为电子的收集者传递着，将其与光催化材料复合，在光照下产生的光生电子传递到石墨烯上，促进电子的迁移，降低电子与空穴的复合概率；(2)石墨烯与光催化材料之间的化学作用可以形成掺杂化学键，从而扩展光催化材料的光吸收范围；(3)光催化材料与石墨烯复合之后，比表面积大幅度提高，对目标反应物的吸附能力也增强。通过将石墨烯和TiO₂制成石墨烯/TiO₂光催化剂，解决了TiO₂光催化剂在实际应用中面临的主要问题。石墨烯/TiO₂光催化剂是一种吸附能力强，催化效率高的粉体催化剂。

但是在实际的应用场景中，石墨烯/TiO₂光催化剂作为粉体催化剂，存在难以回收与再利用的问题，目前光催化剂的固定负载技术是走向产业化必经的工艺流程，常用的固定技术主要包括物理负载和化学负载法。但无论哪一种负载工艺，在石墨烯/TiO₂光催化剂负载过程中，均存在催化剂覆盖密度低、不均匀的缺点。因此导致载体表面催化剂负载量低，有效光接触面积减小，造成催化活性不高。

发明内容

本发明提供一种石墨烯光催化材料、制备工艺及应用，提高光催化剂在载体上的覆盖率和均匀度。

本发明一方面提供一种石墨烯光催化材料，包括载体和负载在载体上的光催化剂，所述载体为聚多巴胺改性载体，所述光催化剂为石墨烯/TiO₂光催化剂。

在一种实施方式中，所述载体通过聚多巴胺改性惰性材料制成。

在一种实施方式中，所述石墨烯为氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、一层至十层的石墨烯、多孔石墨烯或三维石墨烯中的其中一种或者几种。

在一种实施方式中，所述TiO₂为锐钛矿相TiO₂、P₂₅、非金属元素掺杂改性TiO₂、金属元素掺杂改性TiO₂或氢化TiO₂中的其中一种或者几种。

本发明另一方面提供一种石墨烯光催化材料的制备工艺，包括：将多巴胺、三羟甲基氨基甲烷和水混合均匀，配成多巴胺溶液；将载体浸泡于所述多巴胺溶液中进行反应，反应结束后，取出载体并去除载体表面多巴胺溶液，得到聚多巴胺改性载体；将光催化剂通过化学负载或物理负载固定在聚多巴胺改性载体上，得到石墨烯光催化材料。

在一种实施方式中，所述多巴胺溶液中还包括有氧化剂。