[發明專利]一種石墨烯/納米晶/鈣鈦礦光催化膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201710769354.6
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107442183A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 陳東進
• 申請（專利權）人: 東莞市聯洲知識產權運營管理有限公司
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;B01J35/02;B01J37/08;B01J37/16
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 連平

技術領域

本發明屬于光電材料技術領域，具體涉及一種石墨烯/納米晶/鈣鈦礦光催化膜及其制備方法。

背景技術

隨著近年來染料紡織業的飛速發展，所生產的染料種類逐漸增多，導致印染廢水的大量排放，改變了天然水的組分及性質。因此，印染廢水已經成為污染源之一。光催化技術是一種基礎的納米技術，應用于環境凈化、先進新能源和自清潔材料等多個前沿領域，效率高、操作簡便、無毒、反應條件溫和，在降解有機染料和治理水污染等方面有良好的應用前景。

鈣鈦礦是地球上最多的礦物質，是一種具有獨特理化性質的無機非金屬材料，化學組成一般表示為ABO3，A位一般為稀土或者堿土金屬元素，B位一般為過渡金屬元素，A、B位元素都可以被離子半徑相近的其他金屬元素部分取代，晶體結構基本保持三個氧立方點陣相互穿插的立方結構，鈣鈦礦具有氧化反應、氧化氮分解、汽車尾氣處理、氫化與氫解反應，尤其是鈣鈦礦型復合氧化物鈦酸鍶已經廣泛應用于水解的光催化劑。

中國專利CN105523581B公開的一種單尺寸CsPbX3鈣鈦礦納米晶的制備方法，將溴化鉛固體粉末在氮氣氛圍下溶解于油胺、油酸和十二烷中，然后加入含油酸銫的十八烯溶液中，反應得到CsPbX3鈣鈦礦納米晶，將CsPbX3鈣鈦礦納米晶分散于正己烷中，滴加氯化鉛或者碘化鉛溶液，得到單尺寸的CsPbX3鈣鈦礦納米晶。中國專利CN102534546A公開的一種玻璃基底上鈣鈦礦型納米晶薄膜的制備方法，將硝酸鹽加入到乙醇中溶液，加入檸檬酸待完全溶解后，調節溶液至弱堿性，得到鈣鈦礦前驅體溶液，將鈣鈦礦前驅體溶液形成霧滴由氮氣攜帶形成氣溶膠，氣溶膠在加熱的玻璃基片上沉積，冷卻至室溫得到鈣鈦礦型納米晶薄膜。鈣鈦礦型納米晶的結晶性、厚度、表面形貌對材料的性能影響，通過添加其他材料與鈣鈦礦型納米晶將有望提高鈣鈦礦材料的綜合性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種石墨烯/納米晶/鈣鈦礦光催化膜及其制備方法，通過鈣鈦礦、納米晶和石墨烯作為主要原料，通過旋涂法，在含二氧化鈦的導電玻璃表面原位結晶形成一層均勻致密結晶性好的光催化膜，可顯著提高薄膜的光學和光電性能。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種石墨烯/納米晶/鈣鈦礦光催化膜，所述石墨烯/納米晶/鈣鈦礦光催化膜是由石墨烯/納米晶/鈣鈦礦前驅體溶液經旋涂法加熱制備得到，所述納米晶在石墨烯/納米晶/鈣鈦礦前驅體溶液的濃度低于10mg/mL，所述石墨烯在石墨烯/納米晶/鈣鈦礦前驅體溶液的濃度低于5mg/mL。

作為上述技術方案的優選，所述石墨烯/納米晶/鈣鈦礦前驅體溶液中納米晶包括禁帶寬度在0.4-2.3eV范圍內粒徑小于50nm的硫化亞錫、硫化銀、硫化銅、硫化亞銅、硫化亞鐵或者硫化鎘。

本發明提供一種石墨烯/納米晶/鈣鈦礦光催化膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將錫、銀、銅、鐵或者鎘的鹽溶解于乙二醇和三乙醇胺的混合溶劑中形成混合溶液，緩慢滴加含硫化鈉的二乙醇溶液，混合均勻，用無水乙醇和DMF洗滌雜質離子，離心過濾，得到無機納米晶，將無機納米晶再次加入極性溶劑中，超聲分散，得到到無機納米晶溶液；

(2)將步驟(1)制備的無機納米晶溶液中加入氧化石墨烯溶液，混合均勻，加入鈣鈦礦材料，混合均勻，加入水合肼，加熱還原，得到石墨烯/納米晶/鈣鈦礦前驅體溶液；

(3)將步驟(2)制備的石墨烯/納米晶/鈣鈦礦前驅體溶液通過旋涂法覆蓋于含二氧化鈦涂層的導電玻璃上，旋涂過程中以氯苯進行反溶劑處理，將旋涂好的導電玻璃在90-120℃下加熱10-90min，得到石墨烯/納米晶/鈣鈦礦光催化膜。

作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，錫、銀、銅、鐵或者鎘的鹽為無水氯化亞錫、硝酸銀、硝酸銅、硝酸亞銅、硝酸鐵、硝酸亞鐵或者硝酸鎘。

作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，錫、銀、銅、鐵或者鎘的鹽與乙二醇和三乙醇胺的固液比為70-80mg:23-25mL：4.5-5g。

作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，含硫化鈉的二乙醇溶液中硫酸鈉的濃度為8-10mg/mL，所述硫化鈉與錫、銀、銅、鐵或者鎘的鹽的質量比為15-20:70-80mg。

作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，離心轉速為2000-12000r/min。

作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，極性溶劑為N-N甲基甲酰胺DMF、二甲基亞砜DMSO、γ-丁內酯GBL、乙腈ACN和N-甲基吡咯烷酮NMP中的一種或者幾種。