[发明专利]一种磷掺杂石墨烯磷复合催化材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种磷掺杂石墨烯磷复合催化材料的制备方法及其应用，本发明通过超声与高温热退火的方法将磷元素引入到石墨烯中，制备得到的磷掺杂石墨烯磷复合催化材料，其中，磷原子可以改善石墨烯的电子分布，增加其缺陷结构和活性位，从而提高催化能力。本发明制备的磷掺杂石墨烯磷复合催化材料可以有效地应用于电催化氧化的阳极材料，产生大量的自由基，降解水中难降解有机物。

技术领域

本发明属于催化材料制备技术领域，具体涉及一种磷掺杂石墨烯磷复合催化材料的制备方法及其应用。

背景技术

高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes，AOPs)泛指氧化过程中有大量羟基自由基参与的深度化学氧化过程。高级氧化技术可产生具有强氧化性的羟基自由基(·OH)，从而使得许多分子结构稳定、难被微生物降解的有机污染物转化为无毒无害的可生物降解的低分子物质，而且反应产物大部分为CO₂、水和无机离子等，无剩余污泥和浓缩物产生，不污染环境。高级氧化技术包括：湿式空气氧化法、超声波氧化法、光催化氧化法、超临界水氧化法、电催化氧化法等等。高级氧化技术的特点有：反应迅速、处理效率高、二次污染小、适用范围广泛、可回收有用物质等。它的这些优点和优势都使其在染料废水的深度处理方面有着较好的应用前景。

上述高级氧化技术中的电催化氧化法相较于常规化学催化法的优点在于电催化氧化法在温和的条件下即可反应，无需调节pH，在反应过程中无需加入试剂。电催化氧化法通过电催化过程中产生的氧化性极强的羟基自由基与废水中的有机物发生加合、取代以及电子转移等转移来使污染物矿化，从而降解染料废水的有机污染物。而且，电催化氧化法还具有易于操作管理、可控程度高、设备集成度高以及占地小等优势，正逐渐成为水污染控制领域的研究热点。

电极是与电解溶液或电解质接触的电子导体或者是半导体，电催化氧化反应主要发生在电极和电解液之间，是电催化氧化体系中的重要组成部分。对于电极的选择，良好的电极应该具备以下的性质：(1)导电性强，(2)稳定性高；(3)催化活性高。不同的电极材料，即使处于相同的反应条件，对污染物的处理的效果也不同。金属作为电极材料，如Pt等，化学性质稳定，导电性好，反应活性强等优点，是最早出现的电极材料。但是由于金属材料在电催化反应中会被损耗，可能出现金属溶出的现象，而且价格昂贵，处理时间较长等原因限制了金属电极的应用。

最近，石墨烯因其独特的二维结构和出色的导电性而被广泛选为优质无金属阳极材料。然而，由于其惰性，石墨烯催化剂在电催化氧化法中的应用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种磷掺杂石墨烯磷复合催化材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供过上述磷掺杂石墨烯磷复合催化材料的应用。

本发明的技术方案如下：

一种磷掺杂石墨烯磷复合催化材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将石墨粉、浓度为98％的浓硫酸和硝酸钠混合后，向其中缓慢加入高锰酸钾，于0-5℃以下进行反应20-40min，接着于30-40℃保温反应25-35min，保温反应期间保持匀速搅拌；然后，通过缓慢加入去离子水，使温度达到90-96℃后保温反应30-60min，观察其颜色从青黑色变为棕黄色即可结束反应；

(2)在步骤(1)所得的物料中缓慢加入28-32％过氧化氢，接着用无水乙醇以3000-4000rpm离心洗涤若干次，获得沉淀；

(3)将步骤(2)所得的物料与三苯基膦置于无水乙醇中，进行超声分散剥离1-1.5h，，待自然风干后，于50-70℃下真空干燥6-15h；

(4)在氮气气氛下，将步骤(3)所得的物料于300-700℃煅烧0.5-2h，即得所述磷掺杂石墨烯磷复合催化材料。