[發(fā)明專利]一種硼摻雜石墨烯納米片復(fù)合TiO2光催化劑的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210536358.7
• 申請(qǐng)日: 2012-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN102974333A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金龍;邢明陽;楊小龍;潘月;綦殿禹;方文章;奚振浩;周易
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J21/18
• 分類號(hào): B01J21/18
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米光催化材料領(lǐng)域，是以廉價(jià)易得的P25、氧化石墨烯及硼酸為原料，制備一種新型具有高光還原CO₂性能的，硼摻雜石墨烯納米片復(fù)合TiO₂光催化劑的新方法。

背景技術(shù)

盡管TiO₂具有很多優(yōu)點(diǎn)，但TiO₂在多相光催化領(lǐng)域的應(yīng)用也存在很多不容忽視的局限性。TiO₂最大的應(yīng)用局限性在于它的帶隙能量與太陽光的光譜極其的不匹配，TiO₂只能吸收波長(zhǎng)小于387nm的紫外光。為了克服TiO₂的這一缺點(diǎn)，關(guān)于對(duì)TiO₂進(jìn)行非金屬、金屬摻雜等改性以提高其對(duì)可見光響應(yīng)的研究逐漸受到人們的關(guān)注。然而傳統(tǒng)金屬或非金屬離子的摻雜會(huì)導(dǎo)致TiO₂的熱穩(wěn)定性變差，并會(huì)引入電荷的捕獲阱從而在催化劑的表面和體相產(chǎn)生大量的電子空穴復(fù)合中心。更重要的是，傳統(tǒng)的摻雜方法能耗高，并需要配備價(jià)格昂貴的儀器，這大大增加了生產(chǎn)成本從而不利于以后的工業(yè)化生產(chǎn)。

另一方面，絕對(duì)的二維材料石墨烯由于具有優(yōu)異的機(jī)械，熱學(xué)，光學(xué)和電學(xué)性能，而大大激發(fā)了人們對(duì)設(shè)計(jì)以石墨烯為基礎(chǔ)，可應(yīng)用于納米電子學(xué)，氫氣生產(chǎn)和儲(chǔ)存及光催化等技術(shù)領(lǐng)域的新型材料的興趣。石墨烯由于具有比碳納米管更為優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)，以及良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，而被認(rèn)為是比碳納米管更好的傳遞電子或空穴的多功能材料。對(duì)石墨烯進(jìn)行進(jìn)一步的硼等雜質(zhì)原子摻雜改性，可以改變石墨烯的電子特性，使其具有特殊的光電化學(xué)性質(zhì)。因此，將摻雜改性石墨烯應(yīng)用于對(duì)TiO₂等半導(dǎo)體進(jìn)行電化學(xué)性能的修飾是光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有高太陽光還原CO₂性能的硼摻雜石墨烯納米片復(fù)合TiO₂光催化劑的制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種硼摻雜石墨烯納米片復(fù)合TiO₂光催化劑的制備方法，該方法以氧化石墨烯、氣相二氧化鈦(P25)為前驅(qū)體，采用低溫真空還原與超聲相結(jié)合制備硼摻雜石墨烯納米片復(fù)合TiO₂光催化劑，具體包括以下步驟：

硼摻雜石墨烯納米片的制備

量取氧化石墨烯水溶液，分散于超純水中，超聲分散1h后，再加入硼酸，磁力攪拌1h后60℃下蒸干，蒸干后的樣品再在300℃下真空還原3h，重新分散于超純水中，再超聲10h，向溶液中加入鹽酸溶液，攪拌15h后，再用超純水將樣品洗滌4次，得到硼摻雜石墨烯納米片；

硼摻雜石墨烯納米片復(fù)合TiO₂光催化劑的制備

將硼摻雜石墨烯納米片分散于超純水中，超聲1h，再加入氣相二氧化鈦，混合溶液先后經(jīng)過超聲1h，機(jī)械攪拌5h，最后將溶液80℃下烘干，研磨得到硼摻雜石墨烯納米片復(fù)合TiO₂光催化劑。

所述的氧化石墨烯水溶液的濃度為2-3mg/ml。

氧化石墨烯與硼酸的重量比為0.01-0.015∶0.4。

所述的氧化石墨烯水溶液采用Hummer方法制備得到。

所述的鹽酸溶液的濃度為1M。

所述的硼摻雜石墨烯納米片復(fù)合TiO₂光催化劑片具有更高的光生電子能力及電子傳輸能力，因此具有高太陽光還原CO₂性能，可以在太陽光照射下，將CO₂還原成甲烷。其光還原CO₂的活性要明顯高于石墨烯及氧化石墨烯復(fù)合TiO₂光催化劑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)相對(duì)于傳統(tǒng)的摻雜、復(fù)合等改性方法，真空還原法劑超聲混合法設(shè)備簡(jiǎn)單，大大降低了生產(chǎn)成本，有利于工業(yè)化推廣。

2)真空活化法可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化石墨烯的還原改性，及對(duì)石墨烯的硼摻雜改性。

3)由于真空還原過程中硼摻雜引起石墨烯產(chǎn)生缺陷，經(jīng)過超聲后處理，可以成功將微米級(jí)的石墨烯分解成石墨烯納米片。

4)硼摻雜石墨烯納米片能夠暴露出更多的邊緣及羧基基團(tuán)，促進(jìn)了TiO₂納米顆粒在石墨烯表面的復(fù)合。

5)硼摻雜石墨烯納米片具有更高的光生電子能力及電子傳輸能力。