[發明專利]石墨烯基磁性復合可見光催化材料Fe3O4-G-TiO2的制備方法

無效

• 申請號: 201210536168.5
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103007944A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 周麗;鄧慧萍;萬俊力;史俊;蘇桐
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C02F1/30
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明用于水處理技術應用領域，具體涉及一種石墨烯（G）基磁性復合可見光催化材料Fe₃O₄-G-TiO₂的制備方法。

背景技術

如何提高光催化材料對太陽光的利用率是近年來的研究熱點。在達到地球的太陽光中，可見光的光能占整體太陽光能量的46%，而紫外光只有5%。能有效吸收可見光能力的光催化材料的帶隙能只能在3.1ev以下。兩種方法可以實現光催化材料對可見光的利用：一種是在已有紫外光催化材料上負載或者摻雜某種元素，使復合材料能夠被可見光激發，這種元素降低了原有材料的帶隙能；第二種方法是直接制備能夠利用可見光的窄帶隙能的材料。

紫外光下催化效率很高的TiO₂有比較寬的帶隙能(金紅石為3.03ev,?銳鈦礦為3.18ev),只能吸收很少部分的可見光，并且在水處理中較難分離，不能達到高效重復利用。如何提高TiO₂在太陽光下的催化效率，降低耗電成本，并且能夠方便回收再利用是近年來針對TiO₂的研究熱點。

（1）?石墨烯的性質

有關石墨烯（Graphene，G）的實驗研究，40多年前就已經開始，但是一直到2004年英國曼徹斯特大學物理教授Geim等用機械剝離法成功制備石墨烯，才逐漸成為近年來的研究熱點。石墨烯G是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維結構，具有優異的物理化學性質。石墨烯的理論比表面積高達2630m²/g，并且含有大量可自由移動的π電子，可以和苯環形成強烈的π-π電子堆積作用，已經被認為是良好的吸附劑或者分離材料。石墨烯及其衍生物具有二維的平面結構、大表面積、開放的孔結構、柔韌性、化學穩定性以及很高的導電能力，同時通過化學氧化法制備的氧化石墨烯GO和還原氧化石墨烯RGO含有一定量的含氧官能團，這些特性使得GO和RGO成為固定無機納米顆粒的良好載體。

（2）G(GO)-TiO₂復合光催化材料研究進展

近年來，有關G(GO)-TiO₂復合材料的制備和在光催化反應中應用的報道有很多。Jiang等利用原位沉淀法制備了GO-TiO₂復合材料降解甲基橙,發現復合材料比商用TiO₂?P25有更高的光催化活性。Liang等也利用亞甲基藍證明了此結論。TiO₂在可見光下的催化效率極低，而Zhang等制備的G-TiO₂則提高了在可見光下的催化效率，和商用TiO₂?P25相比，對亞甲基藍的可見光催化去除效率從10%提高到了70%。不同的制備方法制成的復合材料的光催化性能也有所不同。

提高二氧化鈦在可見光下的催化活性是近年來的研究熱點，但是對其機理解釋尚未定論。Min和Wang等利用在強酸條件下改性的GO和TiO₂合成的復合材料，不僅提高了在紫外光下對亞甲基藍的去除效率，而且比用未改性GO直接制成的合成材料有更好的可見光催化活性。原因是改性后的GO和TiO₂形成了Ti-C和Ti-O-C鍵。Chen等人也制備出了可以提高可見光催化活性的GO-TiO₂復合材料，但是解釋完全不同。利用GO和TiCl₃作為前驅體，并加入十二烷基磺酸鈉，通過GO形成p/n型半導體，從而在復合材料中形成p/n異質結，所以復合材料會被>510nm的可見光激活。Luisa利用液相沉淀和后熱還原方法制備了RGO-TiO₂復合材料，并以典型藥物污染物作為目標污染物來考察材料在紫外光和可見光下的催化活性。研究發現污染物的原體去除率和礦化度均非常高，同時認為在紫外光下的空穴在氧化過程中起主要作用，而在可見光下激發電子也有著非常重要的作用。通過檢測手段發現在紫外光和可見光下，GO分別是TiO₂的電子受體和電子供體。總之，GO-?TiO₂的界面性質的不同從而降低空穴和電子的復合效率，提高TiO₂在可見光下的催化活性。

綜述可見，G(GO)-TiO₂光催化材料的制備以及提高光催化效率的機理研究是后續研究的重點。但是在水處理中，光催化材料的快速分離以及回收利用也是值得考慮的重點，而磁性光催化材料的制備以及應用是解決此問題的方法之一。