[發明專利]一種納米復合光催化材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011421769.2
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN114618466A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 許志
• 申請（專利權）人: 福建新峰二維材料科技有限公司
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J35/08;A01N59/16;A01N59/00;A01N25/26;A01P1/00
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本發明公開了一種納米復合光催化材料，所述納米復合光催化材料為多個表面包覆石墨烯的球狀二氧化鈦顆粒堆疊而成的塊體結構；所述塊體結構為表面包覆石墨烯的球狀二氧化鈦顆粒相互堆疊之間形成的多個內外相連的孔洞結構；所述表面包覆石墨烯的球狀二氧化鈦顆粒包括內層球狀二氧化鈦和外層石墨烯包覆層；所述表面包覆石墨烯的球狀二氧化鈦顆粒相互之間通過石墨烯表面的懸掛鍵鍵合在一起。

技術領域

本發明涉及納米復合材料和光催化技術領域，尤其涉及一種納米復合光催化材料及其制備方法。

背景技術

光催化凈化材料是在一定光源的作用下，價帶上的電子(e^-)躍遷到導帶，在價帶上產生相應的空穴(h⁺),生成具有極強氧化作用的超氧離子自由基、羥基自由基、超氧羥基自由基，能將甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、VOC等有毒有害氣體污染物、臭氣、細菌等氧化分解成無害的CO₂和H₂O，而且具有高效廣譜的消毒性能，對各種常見的致病菌都有很好的抑制和殺滅作用。

但傳統意義上的光催化材料只有在納米尺寸上才具有高的量子轉換效率，且納米材料的尺寸越小，其光催化效率越高。例如，P5(顆粒的平均粒徑大約為5nm)顆粒在溶液中對甲基藍的降解效率要遠好于P25(顆粒的平均粒徑大約為21nm，屬于混晶型，銳鈦礦和金紅石晶型)顆粒。然而，P5或更小的光催化顆粒是沒有辦法在空氣中直接使用的，它們會懸浮在空氣中，風一吹就沒有了。同時，傳統的光催化材料很難與其它材料鍵合，反應活性點小，空穴與電子的復合幾率加大，壽命短，同時僅能利用紫外光。

石墨烯具有由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀的晶體結構。石墨烯獨特而完美的結構使它具有優異的電學、力學、熱學和光學等特性。由于石墨烯表面有很多懸掛鍵可以很好地和光催化材料進行鍵合，其次，石墨烯比表面積大、電子遷移率高，增加了反應的活性點，同時降低了電子與空穴的復合，提高了光催化效率，還有石墨烯的存在使得二氧化鈦光催化材料的帶隙變窄，增加了太陽光的利用率。因此，通過將石墨烯和二氧化鈦光催化材料有效復合可以提高光催化效率。但現已公開的石墨烯與二氧化鈦復合光催化材料的比表面積有限，且在空氣凈化的實際應用中，復合光催化材料需要負載在基板上使用，基板的負載量有限，空氣單次通過凈化裝置與基板上的復合光催化材料接觸面積和接觸時間有限，復合光催化材料無法完全快速降解空氣中的細菌、病毒等有害物質。因此，為了拓寬復合光催化材料在實際中的應用，仍需開發一種比表面積大，具有更高光催化效率的石墨烯與二氧化鈦復合光催化材料。

發明內容

為解決現有的石墨烯與二氧化鈦復合光催化材料比表面積有限、及因光催化效率不夠高和實際負載量有限無法滿足其在實際中的應用需求等問題。

本發明提供一種納米復合光催化材料，所述納米復合光催化材料，所述納米復合光催化材料是由多個表面包覆石墨烯的球狀二氧化鈦顆粒堆疊而成的塊體結構；所述納米復合光催化材料，所述塊體結構還包含表面包覆石墨烯的球狀二氧化鈦顆粒相互堆疊之間形成的多個內外相連的孔洞結構；所述表面包覆石墨烯的球狀二氧化鈦顆粒包含內層球狀二氧化鈦和外層石墨烯包覆層；所述表面包覆石墨烯的球狀二氧化鈦顆粒相互之間是通過石墨烯表面的懸掛鍵鍵合在一起。

為獲得所述由球狀二氧化鈦顆粒堆疊而成具有多個內外相連孔洞結構的塊體結構納米復合光催化材料，本發明采用如下技術方案：一種納米復合光催化材料的制備方法：包括制備硝酸溶液；制備鈦酸丁酯溶液；制備石墨烯分散液；制備膠體狀二氧化鈦固體；油浴鍋中加熱制備包覆石墨烯的球狀二氧化鈦顆粒；高溫燒結，包覆石墨烯的球狀二氧化鈦相互堆疊形成塊體結構；

進一步的，所述制備硝酸溶液包含步驟：將一定體積比1：1的純水：無水乙醇倒入反應器中攪拌30min混合均勻，再添加一定量的硝酸，繼續混合攪拌30min；

進一步的，所述添加的硝酸：無水乙醇的體積比為1：8-10；

進一步的，所述制備鈦酸丁酯溶液包含步驟：將體積比2：1的鈦酸丁酯：無水乙醇混合，并持續攪拌30min；