[發(fā)明專利]五氧化二鉭納米顆粒/石墨烯復(fù)合光催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310044607.5
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103084164A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱申敏;毛琳;張荻;路濤;朱呈嶺
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: B01J23/20
• 分類號: B01J23/20
• 代理公司: 上海科盛知識產(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)明涉及光催化技術(shù)領(lǐng)域的納米復(fù)合催化劑的制備方法，尤其是涉及一種五氧化二鉭納米顆粒/石墨烯復(fù)合光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

光催化反應(yīng)是利用太陽能進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的一種方法，在光照下利用光催化劑將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)反應(yīng)所需要的能量，使催化反應(yīng)順利進(jìn)行。其中光解水是指催化劑在光照條件下使周圍水分子分解成氫氣和氧氣的反應(yīng)。半導(dǎo)體光催化劑在合適波長的光的照射下產(chǎn)生光生電子和空穴，引發(fā)吸附的水分子產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和氧氣。

其中五氧化二鉭作為紫外光下產(chǎn)氫性能較好的光解水材料之一，在催化劑領(lǐng)域引起了頗多關(guān)注。一方面，這種材料中共角八面體TaO₆結(jié)構(gòu)有利于光生電子與空穴的分離。另一方面，五氧化二鉭的導(dǎo)帶Ta5d的電位比TiO₂的導(dǎo)帶Ti3d的電位更負(fù)，因此更有利于還原水生成氫氣。但是，在紫外光照射下，光生載荷即電子和空穴極易在缺陷或晶界處重新結(jié)合，從而大大降低了Ta₂O₅的光催化性能。怎樣最大限度地提高光生電子和空穴的分離，成為提高Ta₂O₅光催化效率的關(guān)鍵。為了提高Ta₂O₅的催化效率，科學(xué)家做了一系列的努力。許多研究致力于將五氧化二鉭與其他物質(zhì)復(fù)合來解決這個難題。例如，Nicholas?Ndiege等人(Synthesis，Characterization，and?Photoactivity?of?Ta₂O₅-Grafted?SiO2Nanoparticles，Chem.Eur.J，2011，17，7685-7693(Ta₂O₅-SiO₂納米顆粒的制備，表征及光催化性能))通過制備Ta₂O₅/SiO₂復(fù)合物，將Ta₂O₅納米顆粒均勻分散在SiO₂基體上，復(fù)合物中Ta₂O₅的導(dǎo)帶與價帶的位置同時發(fā)生改變，從而提高了催化性能；Xu?leilei等人(Preparation?of?crystallized?mesoporous?CdS/Ta₂O₅composite?assisted?by?silica?reinforcement?for?visible?light?photocatalytic?hydrogen?evolution，catalysis?communications，2012，25，54-58(用于可見光下制氫的二氧化硅增強(qiáng)的結(jié)晶狀介孔Ta₂O₅/CdS復(fù)合物的制備))通過制備Ta₂O₅/CdS復(fù)合光催化劑，提高了光生電子和空穴的分離效率，同時實現(xiàn)了這種復(fù)合光催化劑在可見光下分解水制備氫氣的可能。

石墨烯具有單層的二維原子結(jié)構(gòu)，它由碳原子以sp2雜化連接的單原子層構(gòu)成，其基本結(jié)構(gòu)單元是有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)，晶體中層間距為0.34nm，片層之間以范德華力結(jié)合，是目前所發(fā)現(xiàn)的最薄的二維材料。石墨烯在室溫下穩(wěn)定存在，具有超凡的物理及電化學(xué)性質(zhì)，比如高比表面積，高導(dǎo)電性，高機(jī)械強(qiáng)度，易于修飾，極易在其二維平面上修飾-COOH，-OH等含氧基團(tuán)，因此非常適合用作納米顆粒的載體材料。制成以石墨烯為基體的半導(dǎo)體復(fù)合光催化劑，其中的石墨烯作為優(yōu)秀的電子接受體，可以提高光生電子和空穴的分離效率，提高材料的光催化性能。

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)存在的缺陷而提供五氧化二鉭納米顆粒/石墨烯復(fù)合光催化劑的制備方法。首次將五氧化二鉭與石墨烯復(fù)合，致力于提高光生電子、空穴分離效率。同時通過采用雙氧水、氨水等試劑制備了五氧化二鉭前驅(qū)體溶液，提供了一種控制五氧化二鉭微粒形貌的新方法。得到的五氧化二鉭納米粒子均勻分散在導(dǎo)電性良好的石墨烯片層上，該復(fù)合光催化劑催化性能優(yōu)異。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

五氧化二鉭納米顆粒/石墨烯復(fù)合光催化劑的制備方法，將五氧化二鉭前驅(qū)體粉末溶解于雙氧水試劑中，得到五氧化二鉭前驅(qū)體溶液，然后將氧化石墨超聲分散于前驅(qū)體溶液中，水熱反應(yīng)后離心過濾并干燥制備得到五氧化二鉭納米顆粒/石墨烯復(fù)合光催化劑。