[发明专利]一种可见光催化性能好的氮掺杂型二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯复合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可见光催化性能好的氮掺杂型二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯复合物及其制备方法，是以氧化石墨烯、二氧化钛粉末为原料，以尿素为氮源，通过水热反应获得。本发明通过一步水热反应将氮元素引入二氧化钛纳米管和还原氧化石墨烯复合材料中，使得复合材料具有非常好的可见光催化降解性能，极大拓宽了二氧化钛在光催化领域的应用，具有非常好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，具体涉及一种可见光催化性能好的氮掺杂型二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯复合物及其制备方法。

背景技术

二氧化钛作为21世纪最具研发价值的光催化剂材料，在光的催化领域得以广泛应用，且在光催化降解有机物领域表现出无毒环保、经济、稳定的物理化学性质和高反应活性等众多优点。但是二氧化钛自身也具有比较明显的缺陷，例如电子跃迁的带隙能较高，仅仅在紫外光下才会有活性，对太阳光的利用率低，而且其在可见光下禁带宽度较大、催化效率较低等限制了其在可见光下的运用，同时光生电子和空穴对也有较高的复合率，这严重制约了二氧化钛光催化剂的广泛使用。

石墨烯作为其他碳材料的母体，是一种单层碳原子sp²杂化成的蜂窝状堆积的晶状体。它拥有独特的物理、化学及热性能，具有非常优越的强度、柔韧、导电、导热和光学特性，在材料、物理、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。近年，石墨烯在光催化领域亦受到广泛关注。

二氧化钛和石墨烯及其复合物在可见光催化领域均有一定的局限性。非金属掺杂或者与石墨烯复合或许可以拓宽二氧化钛的光响应范围，提高其光生电子和空穴对的效率，从而提高纳米复合物的光催化性能。

发明内容

针对上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了一种氮掺杂型二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯复合物及其制备方法，旨在提高其可见光催化性能。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

一种可见光催化性能好的氮掺杂型二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯复合物的制备方法，其特点在于，包括如下步骤：

步骤1、将尿素溶解入氢氧化钠溶液中，再加入氧化石墨烯，超声分散，获得混合液A；

步骤2、将二氧化钛粉末加入所述混合液A中，超声分散后，再继续搅拌，获得混合液B；

步骤3、将所述混合液B倒入高压反应釜中，进行水热反应，获得反应液；

步骤4、将所述反应液冷却至室温后，倒出反应釜；所得沉淀物水洗至中性，再酸洗，最后再水洗至中性；

步骤5、将步骤4所得产品首先置于鼓风干燥箱中干燥，然后再置于真空干燥箱中进行高温热处理，即获得目标产物氮掺杂型二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯复合物。

进一步地，步骤1中：所述氢氧化钠溶液的浓度为5-20mol/L；所述尿素和氧化石墨烯的质量比为1:1；超声分散的时间为0.5～4小时。

进一步地，步骤2中：所述二氧化钛与混合液A中尿素、氧化石墨烯的质量比为5～1：1：1；超声分散的时间为0.5～4小时，继续搅拌的时间为1～5小时。

进一步地，步骤3中：所述水热反应的温度为120～180℃、时间为10～30小时。

进一步地，步骤4中：所述酸洗所用的酸为浓度在0.05～1mol/L的盐酸，酸洗时间为5～48小时。

进一步地，步骤5中：所述高温热处理的温度为200～500℃、时间为2～10小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：