[發(fā)明專利]具有高光催化活性的石墨烯修飾鉬酸鉍粉末及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010203046.5
• 申請(qǐng)日: 2010-06-10
• 公開（公告）號(hào): CN102600831A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/31
• 分類號(hào): B01J23/31
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 胡景波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石墨烯修飾鉬酸鉍納米復(fù)合光催化材料及其制備方法，屬于光催化劑材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

自1972年TiO₂單晶電極光分解水被報(bào)道以來，多相光催化材料曾一度在世界范圍內(nèi)掀起研究熱潮，近年來半導(dǎo)體光催化在去除各種環(huán)境介質(zhì)中的難降解污染物方面取得了較大進(jìn)展，表現(xiàn)出了強(qiáng)氧化性、污染物礦化完全、可直接利用太陽光等優(yōu)點(diǎn)。因此如何高效地利用自然光進(jìn)行光催化反應(yīng)，開發(fā)能夠被可見光激發(fā)的光催化劑正日益引起人們的興趣。拓展光催化劑的光吸收范圍和開發(fā)新型光催化劑，都是目前光催化研究的重要內(nèi)容。鉬酸鉍是一種重要的功能材料，在光催化降解方面有著誘人的應(yīng)用前景，以水熱合成法為基礎(chǔ)的鉬酸鉍粉末制備方法是目前運(yùn)用較多的鉬酸鉍光催化劑的制備方法。在公開號(hào)CN101254463A，名稱為《一種可見光催化劑Bi₂MoO₆的合成方法》的專利申請(qǐng)中，公開了一種鉬酸鉍光催化劑及其制備方法，該方法以Bi(NO₃)₃·5H₂O和(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O為主要原料，通過水熱合成法在160℃條件下制備得到了淡黃色的鉬酸鉍光催化劑。但利用這樣的制備方法制得的鉬酸鉍材料還存在著在可見光條件下的光催化效率較低等缺點(diǎn)，這給實(shí)際應(yīng)用帶來了一定得限制，需要利用其它手段提高其光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在可見光下具有高光催化活性的石墨烯修飾鉬酸鉍納米復(fù)合材料及其制備方法。以鉬酸鉍為基體，利用石墨烯在鉬酸鉍表面進(jìn)行修飾，從而構(gòu)成一種在可見光下具有高光催化活性的新型復(fù)合材料。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是這樣的：

石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，其結(jié)構(gòu)類似于未卷曲的碳納米管。具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和非同尋常的電學(xué)性能，是構(gòu)成新材料的非常有前景的基本結(jié)構(gòu)單元。根據(jù)石墨烯材料的特點(diǎn)，石墨烯相對(duì)于其它的共軛π鍵分子碳材料(如C60分子、碳納米管、石墨)具有更優(yōu)異的電子傳輸性能，通過石墨烯分子與鉬酸鉍表面化學(xué)鍵的作用，鉬酸鉍光催化劑在可見光照射下產(chǎn)生的光生電子能被迅速轉(zhuǎn)移到石墨烯分子上，促進(jìn)光生電子和空穴的分離，增加光生空穴量，從而大幅度提高了其光催化活性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：將石墨氧化物分散到水中，超聲將其剝離成石墨氧化物片，得到均勻分散的分散液；既而將Bi₂MoO₆加入到分散液中，攪拌、超聲、離心烘干得到石墨氧化物負(fù)載的鉬酸鉍粉末固體產(chǎn)物；然后將固體產(chǎn)物加入去離子水中，加入水合肼溶液和濃氨水中，水浴反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，經(jīng)水洗、離心烘干后，得所需的石墨烯修飾鉬酸鉍復(fù)合材料；所述的石墨氧化物是由天然石墨采用Hummer’s化學(xué)法氧化制得。

所述制備方法的具體步驟如下：

(1)將石墨氧化物(GO)分散到水中，然后將溶液超聲30～60分鐘，在靜電斥力的作用下石墨氧化物剝離成石墨氧化物片，得到均勻分散的石墨氧化物分散液，其中石墨氧化物是由天然石墨采用Hummer’s化學(xué)法氧化制得；

(2)將Bi₂MoO₆加入到均一分散的GO分散液中，攪拌、超聲使Bi₂MoO₆分散均勻，超聲0.5～1小時(shí)后，離心，80℃烘干；

(3)將通過步驟(2)所得石墨氧化物負(fù)載的鉬酸鉍粉末加入到去離子水中，再加入35％(體積百分?jǐn)?shù))的水合肼溶液和濃氨水(分析純)在燒杯中混合均勻，兩者體積比為1∶7，體系中水合肼和GO的質(zhì)量比為7∶10，劇烈攪拌3～5分鐘后，放置在90～95℃水浴鍋中反應(yīng)，對(duì)負(fù)載在鉬酸鉍表面的石墨氧化物進(jìn)行原位還原1～2h；嚴(yán)格控制反應(yīng)體系的時(shí)間和溫度是將石墨氧化物轉(zhuǎn)化為石墨烯的關(guān)鍵。

(4)反應(yīng)結(jié)束后，待產(chǎn)物冷卻用去離子水沖洗、離心，80℃烘干，即獲得所需的石墨烯修飾鉬酸鉍復(fù)合材料。

石墨氧化物/鉬酸鉍的摻雜量為0.5％～5％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

本發(fā)明同時(shí)要求保護(hù)具有高光催化活性的石墨烯修飾鉬酸鉍粉末，其在可見光條件下對(duì)亞甲基藍(lán)降解的表觀反應(yīng)速率常數(shù)k比鉬酸鉍基體粉末高1-3倍。