[發明專利]一種石墨烯量子點復合二氧化鈦納米管光催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202010519769.X
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111871403A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 高鵬;池倩倩;陳鈺慧;李笑宇
• 申請（專利權）人: 杭州師范大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J21/18;B01J35/00;C01B3/04
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明涉及無機納米催化劑技術領域，尤其是涉及一種石墨烯量子點復合二氧化鈦納米管光催化劑，包括表面密布有若干石墨烯量子點的二氧化鈦納米管，其中石墨烯量子點的平均尺寸為3?5nm，以及其制備方法，包括被還原的石墨烯量子點的制備、二氧化鈦納米管的制備以及一種石墨烯量子點復合二氧化鈦納米管光催化劑的制備。本發明使用二氧化鈦納米管作為二氧化鈦骨架，其剛性較大并且不易團聚，也具有很大的比表面積與有效面積，并且制備中先還原石墨烯量子點表面多余的羰基等基團后再進行復合，有效暴露光催化活性位點，具有很高的催化效率；反應效率高、工藝簡單、步驟少、成本低、安全性好，適合大規模生產。

技術領域

本發明涉及無機納米催化劑技術領域，尤其是涉及一種石墨烯量子點復合二氧化鈦納米管光催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著工業發展，環境污染引起的環境保護問題成為大家廣泛關注的社會問題。人們普遍認為，氫可能是解決能源枯竭、污染和氣候變化三大問題的最佳選擇。當今水的光催化被認為是產氫的最有前途的方法之一，且光催化技術是一種高效、安全的環境友好型環境凈化技術。

許多光催化劑已被報道催化氫從水溶液中演化,在這些光催化劑中，TiO₂因其優異的光催化性能、易獲得性、長期穩定性和無毒性而成為最有前途的光催化劑之一，但TiO₂的禁帶寬度較大，如銳鈦礦型TiO₂的禁帶寬度E=3.2eV，只能吸收波長較短的紫外線，而這部分的光僅占太陽光能的3%～5%，因此該催化劑對太陽能的利用率較低。此外，在光催化降解過程中，通過光激發產生的電子-空穴對具有很高的活性，非常容易復合，使得光催化反應的量子效率很低。為了提升它的性能，基于光響應范圍以及光生電子-空穴對的壽命這兩大影響因素，利用金屬非金屬元素進行摻雜、與半導體材料耦合以及與其他諸如碳納米管等材料進行復合等各種方式進行修飾，成為研究者的主要手段。

石墨烯量子點作為一種新型碳納米材料，可提高可見光的利用率，與無機半導體材料復合應用于光催化領域備受關注。因此，也有部分人將石墨烯量子點與TiO₂復合，以減小禁帶寬度，提高催化效率。例如公開號為CN107008246A的“石墨烯量子點敏化海膽狀二氧化鈦光催化材料的制備方法”，包括納米TiO₂粉末的制備、熱裂解法制備GQDs、GQDs-TiO₂的制備等步驟，但是該方法制備步驟多、制備工藝復雜，制備中還使用了氫氟酸等有較大危險性的試劑，不僅降低實驗的安全性，還容易產生二次污染；并且制備得到的球型海膽狀TiO₂容易發生團聚的情況，導致實際的比表面積較小、對光源接收的有效面積小。

發明內容

本發明是為了克服現有技術中制備步驟多、制備工藝復雜、原料危險性與污染性較大并且球狀產物易團聚影響比表面積的缺點，提供一種石墨烯量子點復合二氧化鈦納米管光催化劑及其制備方法，使用二氧化鈦納米管作為催化劑的骨架，擁有較大的有效利用面積，同時避免使用氟化氫等有較大危險性的試劑，制備安全性高，并且制備工藝簡單、條件溫和。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種石墨烯量子點復合二氧化鈦納米管光催化劑，包括表面密布有若干石墨烯量子點的二氧化鈦納米管，其中石墨烯量子點的平均尺寸為3-5nm。

本發明的一種石墨烯量子點復合二氧化鈦納米管光催化劑使用二氧化鈦納米管作為二氧化鈦骨架，其剛性較大并且不易團聚，在具有很大的比表面積的同時也具有很大的有效面積，因此具有很高的催化效率；同時二氧化鈦骨架上密布有3-5nm的石墨烯量子點，它結合了石墨烯與量子點的優異性能，既具有相似于傳統半導體量子點可調的激發/發射波長、強光致發光、特殊的雙光子激發以及良好的電化學性能等優點，又能夠有效地克服傳統半導體量子點高毒性和生物相容性差的缺陷，并且來源廣泛，易于合成和功能化，另外石墨烯量子點還具有比表面積大、成本低、無毒等優點，對部分有機物分子有強大吸附力，借助石墨烯量子點可提高可見光的利用率。