[發明專利]一種聚合物誘導石墨烯生長多形貌TiO2

有效

• 申請號: 201710244034.9
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN108722386B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 吳敏;王超;李麗媛;谷文麗;黃勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J35/08;B01J35/02;B01J37/04;B01J37/34;B01J37/03;C01B3/04;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發明公開一種聚合物誘導石墨烯生長多形貌TiO₂光催化劑的方法，包括如下步驟：1)將石墨烯和蒸餾水混合并進行超聲攪拌，得石墨烯分散液；2)在冰水浴條件下，將分散劑、聚合物單體和石墨烯分散液混合攪拌，得第一混合液；3)在冰水浴條件下，將含鈦化合物溶于濃酸中，得第二混合液；4)在冰水浴條件下，將所述第二混合液和引發劑混合攪拌，得第三混合液；將所述第一混合液和第三混合液混合攪拌，然后進行水熱反應；反應結束后進行后處理，得TiO₂/石墨烯復合材料。本發明結合了多異質結促進電子轉移以及暴露高能面的特點，來實現高效光催化產氫以及光降解有機污染物。本發明的制備方法操作簡單、反應時間較短、晶粒尺度均勻和團聚較少。

技術領域

本發明屬于光催化技術領域。更具體地，涉及一種聚合物誘導石墨烯生長多形貌TiO₂光催化劑的方法。

背景技術

能源短缺和環境問題是困擾人類可持續發展的兩大難題，半導體光催化分解水產氫，將太陽能轉換成化學能，具有低能耗、易操作、環境友好等突出優點，為解決環境和能源問題提供了一條有效的途徑。

TiO₂是一種傳統的光催化劑，廣泛用于光催化降解有機物及產氫領域。但TiO₂自身存在著電子-空穴易復合的缺點，需要不斷的優化，比如形貌的調控以及異質復合材料的設計。石墨烯作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，具有很大的比表面積，可以作為金屬納米粒子的載體材料，它在載流子傳輸方面的性能為制備先進催化劑提供了方法。因此，TiO₂和石墨烯的復合可以大大提高光催化性能。

目前報道的TiO₂形貌的調控，主要是有水熱方法，表面活性劑誘導或者是晶種的生長的方法。單一的水熱方法、表面活性劑誘導以及晶種生長的方法，對反應前驅體溶液中的組分配比以及反應條件的要求高，產量少，且合成步驟繁瑣，重復性差。加入石墨烯后，會導致溶液組成變化，難以得到預期形貌結構。

因此，本發明提出了一種聚合物誘導石墨烯上生長多形貌TiO₂光催化劑的方法，此方法操作簡單、晶粒尺度均勻、形貌可控、團聚較少；最重要的是導電聚合物還可進一步對增強電子轉移，延長電子壽命做出貢獻，最終得到具有很高全光及可見光光催化活性的復合材料。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種聚合物誘導石墨烯生長多形貌TiO₂光催化劑的方法。該方法通過將石墨烯、分散劑、含鈦化合物、聚合物和引發劑混合，然后在一定條件下進行水熱反應，即得TiO₂/石墨烯復合材料。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種聚合物誘導石墨烯生長多形貌TiO₂光催化劑的方法，包括如下步驟：

1)將石墨烯和蒸餾水混合并進行超聲攪拌，得石墨烯分散液；

2)在冰水浴條件下，將分散劑、聚合物單體和石墨烯分散液混合攪拌，得第一混合液；

3)在冰水浴條件下，將含鈦化合物溶于濃酸中，得第二混合液；

4)在冰水浴條件下，將所述第二混合液和引發劑混合攪拌，得第三混合液；將所述第一混合液和第三混合液混合攪拌，然后進行水熱反應；反應結束后進行后處理，得TiO₂/石墨烯復合材料(TiO₂/RGO復合材料)。

進一步，所述含鈦化合物以銳鈦礦的形式存在；優選地，所述含鈦化合物為四氯化鈦、偏鈦酸、鈦酸四丁酯或鈦酸四異丙酯；

進一步，所述石墨烯是通過化學氣相沉積法、微機械分離法、氧化-還原法、溶劑剝離法或溶劑熱法中一種方法制備得到的。本發明制備的石墨烯具有高導電性、高強度和超大比表面積的特性。