[发明专利]空心球氧化石墨烯载体、空心球石墨烯载体、光催化剂及应用

说明书

本发明涉及光催化剂领域，公开了一种空心球氧化石墨烯载体、空心球石墨烯载体、光催化剂及应用。其制备方法包括：1)将含有胺基化纳米二氧化硅颗粒和氧化石墨烯的水性分散液经喷雾干燥得到氧化石墨烯包覆胺基化纳米二氧化硅的复合颗粒；2)使用酸对步骤1)得到的氧化石墨烯包覆胺基化纳米二氧化硅的复合颗粒进行刻蚀，去除复合颗粒中的胺基化纳米二氧化硅颗粒，得到空心球氧化石墨烯载体。本发明提供的载体具有三维空心球结构，能够提高传质速度，并保证催化剂活性颗粒最大限度的接受光线照射，进一步提高了催化剂性能。

技术领域

本发明属于光催化剂领域，具体涉及一种空心球氧化石墨烯载体、空心球石墨烯载体、光催化剂及应用。

背景技术

二氧化钛是一种广泛使用的半导体光催化剂，性能稳定，环境友好，禁带较宽(3.0eV左右)，导电上的电子和价带上的空穴具有很强的氧化-还原能力，可降解大部分有机污染物。但其只能吸收紫外光，紫外光能量只占太阳光能量的5％，故限制了其单独发挥效用，需要对其进行各种方式的改性，大致包括二氧化钛体相改性和载体改性。

石墨烯为一种由碳原子以sp²杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨，是目前发现的薄且强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。石墨烯理论电导率可达106S/cm，理论比表面积可达2630m²/g，是一种理想的载体材料。

大量研究表明石墨烯的引入可极大提高二氧化钛的性能，主要体现在四个方面：1、石墨烯作为电子受体，能快速分散光生电子，抑制光生电子与空穴的复合；2、石墨烯作为载体，能物理吸附有机污染物，减少反应路径；3、石墨烯作为光敏剂，能使二氧化钛与石墨烯的复合材料带隙降低，在可见光范围内进行响应，提高二氧化钛的光催化效率；4、石墨烯的高表面积使二氧化钛颗粒更加分散、细化，提高反应活性。

但仍存在较多问题，例如，由于石墨烯载体为平面结构，不可避免地会发生层层累积的现象，处于下层的催化剂颗粒无法见到光线，导致其性能不能发挥，同时反应物和产物为二维传质，过程缓慢，限制了催化剂性能的最大发挥。

因此，充分发挥光催化剂的性能是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的光催化剂存在的反应传质速度慢以及光催化效率性能较差的问题，提供一种空心球氧化石墨烯载体、空心球石墨烯载体、光催化剂及应用，该空心球氧化石墨烯载体、空心球石墨烯载体具有三维空心球结构，能够实现360°的反应传质，同时载体的球面结构能够保证催化剂活性颗粒最大限度的接受光线照射，进一步提高了催化剂的使用效率。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种空心球氧化石墨烯载体的制备方法，该方法包括：

1)将含有胺基化纳米二氧化硅颗粒和氧化石墨烯的水性分散液经喷雾干燥得到氧化石墨烯包覆胺基化纳米二氧化硅颗粒的复合颗粒；

2)使用酸对步骤1)得到的氧化石墨烯包覆胺基化纳米二氧化硅颗粒的复合颗粒进行刻蚀，去除复合颗粒中的胺基化纳米二氧化硅颗粒，得到空心球氧化石墨烯载体。

优选地，所述含有胺基化纳米二氧化硅颗粒和氧化石墨烯的水性分散液中的胺基化纳米二氧化硅颗粒的含量为0.5-10wt％。

优选地，所述含有胺基化纳米二氧化硅颗粒和氧化石墨烯的水性分散液中的氧化石墨烯的含量为0.05-5wt％。

优选地，步骤1)中，将胺基化纳米二氧化硅颗粒水性分散液和氧化石墨烯水性分散液进行混合得到所述含有胺基化纳米二氧化硅颗粒和氧化石墨烯的水性分散液。

优选地，所述胺基化纳米二氧化硅颗粒通过将纳米二氧化硅颗粒与胺基化合物进行接触反应而得到。