[發明專利]一種基于二維多孔石墨烯的光催化材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201811250440.7
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN111097393A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 黃富強;孫甜;劉戰強;丁衛;馮炫凱
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J31/38;B01J35/10
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種基于二維多孔石墨烯的光催化材料及其制備方法和應用，所述基于二維多孔石墨烯的光催化材料的制備方法包括：將二維多孔石墨烯、二維多孔氧化石墨烯中的至少一種和納米二氧化鈦分散于溶劑中，在120～200℃下水熱反應4～24小時，再經洗滌和干燥后，得到所述基于多孔石墨烯的光催化材料。

技術領域

本發明提供了一種基于二維多孔石墨烯的光催化材料及其制備方法和應用，屬于光催化領域。

背景技術

隨著現代工業的發展，化石燃料的大量使用、工業污染物的大量排放，排入江河湖海中的工業廢水或生活污水對于環境的污染非常的嚴重。數據顯示，目前全世界每年約有4200多億的廢水排入江河湖海，污染了55000億噸的淡水，約占全球總量的14％。現在全球80％以上的淡水被污染。聯合國衛生組織估計，目前1/4的人口患病是由于水污染引起的。每天有2.5萬人因飲用被污染了的水而死去，其中大部分是抵抗力弱的兒童，每年有460萬兒童因飲用污染的水而死于腹瀉。水污染對人體健康的危害主要為引起急性和慢性中毒，同時可誘發癌癥，因而，水污染會對人類社會造成極大的危害。

近年來，半導體催化劑在環境污染治理領域有許多重要應用，二氧化鈦作為其中的代表，引起了大量學者的關注和研究。但是目前，二氧化鈦催化劑仍受較低的光轉化效率和較窄的光響應范圍所限制，在廣泛商業化應用方面還存在一定的困難。而納米二氧化鈦與普通二氧化鈦相比具有許多特殊的性能，如：表面效應、體積效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等。而若將二氧化鈦(TiO₂)制備成納米線或者納米管，將進一步提高其表面積，擴大其應用范圍。但是，二氧化鈦由于其本身具有較寬的能帶(＞3eV)，只能被紫外光(波長λ＜380nm)激發，大大的限制了其利用率。另一方面，在太陽光的輻射下，光生電子-空穴的迅速復合，這也是其另一個限制。

石墨烯是一種由碳原子構成的六邊形蜂窩狀二維材料，其理論比表面積高達(2630m²/g)，具有極高的電子轉移能力(2000cm²/Vs)，載流子濃度可達10^-13/cm²，同時其具有極高的力學強度，沒有缺陷的石墨烯的楊氏模量為1.0TPa，其斷裂強度可達130Gpa，彈性模量為0.25TPa。石墨烯還具有優異的光學性能和熱力學性能(導熱率為5300W/mK)。石墨烯具有一系列優異的性質，恰好可以彌補二氧化鈦的不足。石墨烯作為一個優異的電子受體，能夠將光生電子很快的傳導到表面，抑制了電子-空穴的復合。另外，石墨烯具有超高的比表面積和吸附能力，能夠吸附更多的有機分子在其表面，加速有機污染物的分解速度，提高光催化效率。但是現有的石墨烯/TiO₂復合材料，一種方法是選用氧化石墨烯(GO)作為原料，利用GO表面的豐富官能團與TiO₂之間成鍵進行連接，這種復合使得石墨烯的導電性能減弱，不利于載流子在材料內部的迅速傳輸，不利于光催化性能的極大提升；另外一種方法則采用還原的氧化石墨烯作為載體負載TiO₂，二者結合較弱，易導致催化劑的脫落，不利于催化劑的長效穩定性。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種基于二維多孔石墨烯的光催化材料及其制備方法和應用。

一方面，本發明提供了一種基于二維多孔石墨烯的光催化材料的制備方法，將二維多孔石墨烯、二維多孔氧化石墨烯中的至少一種和納米二氧化鈦分散于溶劑中，在120～200℃下水熱反應4～24小時，再經洗滌和干燥后，得到所述基于多孔石墨烯的光催化材料。