水热法制备石墨烯TiO2催化剂

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TiO2纳米管复合石墨烯催化剂的合成及其光催化性能

TiO2 纳米管与还原氧化石墨烯之间复合紧密袁当 rGO 质量分数为 2.0%尧样品经 300 益焙烧后袁rGO/TiO2 NT
的光催化活性达到最佳袁紫外光照射 10 min 时甲基橙 100%完全降解. 这是由于经还原氧化石墨烯复合后袁
TiO2 导带上的电子转移至石墨烯表面袁实现了光生电子和空穴对的有效分离袁进而提高了光催化效率.
Abstract：In order to improve the visible light utilization and photocatalytic efficiency of TiO2 photocatalyst袁 the photo鄄 catalytic materials of rGO/TiO2 NT were prepared through a simple hydrothermal method by using TiO2 powder and graphite oxide as raw materials袁 sodium hydroxide aqueous solution as solvent. The morphology袁 structure and optical properties of the product were characterized by TEM袁 XRD and UV-vis. And its photocatalytic activ鄄 ity was evaluated by the photodegradation rate of Methyl Orange aqueous solution under the ultraviolet light. The effects of rGO content and calcination temperture on the photocatalytic properties of the catalyst were investigat鄄 ed. The results show that rGO is tightly combined with TiO2 nanotubes袁 the rGO/ TiO2 NT shows highest photo鄄 catalytic performance when the mass fraction of rGO is 2.0% under 300 益 calcinations袁 Methyl Orange is com鄄 pletely degraded after exposure for 10 min under ultraviolet light. Due to the recombination of rGO袁 the electrons of TiO2 in conduction band are transferred to the surface of graphene袁 and the photocatalytic efficiency is im鄄 proved through effective separation of photo-generated electrons and hole pairs.

一步水热法制备TiO2Ti3C2纳米复合材料及其光催化性能

第37卷第1期陕西科技大学学报 V o l.37N o.1 2019年2月 J o u r n a l o f S h a a n x iU n i v e r s i t y o f S c i e n c e&T e c h n o l o g y F e b.2019* 文章编号:2096-398X(2019)01-0095-06一步水热法制备T i O 2/T i3C2纳米复合材料及其光催化性能朱建锋,高妍,赵婷,王芬,牛冬娟(陕西科技大学材料科学与工程学院,陕西西安 710021)摘要:通过一步水热法制备出了T i O2/T i3C2复合材料.该复合物是将T i O2晶体颗粒生长在二维层状T i3C2上,得到的复合材料结合了T i O2优异的光催化性能以及T i3C2良好的电子传输性能.通过X R D㊁S E M㊁T E M㊁B E T等手段分析研究了T i O2/T i3C2复合材料的物相组成和显微结构,并对其进行了光催化性能测试.这种结合有利于光照条件下产生的光生载流子快速的分离和传输,达到加快光催化降解有机染料的目的.结果表明,T i O2/T i3C2复合材料的光催化降解效率明显优于T i3C2和T i O2.关键词:T i O2/T i3C2;二维材料;水热法;光催化性能中图分类号:T G146.2;T G166.3 文献标志码:AP r e p a r a t i o no fT i O2/T i3C2n a n o c o m p o s i t e s b y o n e-s t e ph y d r o t h e r m a lm e t h o da n d i t s p h o t o c a t a l y t i c a c t i v i t yZ HUJ i a n-f e n g,G A O Y a n,Z H A O T i n g,WA N GF e n,N I U D o n g-j u a n (S c h o o l o fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,S h a a n x iU n i v e r s i t y o fS c i e n c e&T e c h n o l o g y,X i'a n710021,C h i n a)A b s t r a c t:I n t h i s s t u d y,T i O2/T i3C2n a n o c o m p o s i t e sw e r e s u c c e s s f u l l y s y n t h e s i z e db y a s i m-p l e o n e-s t e p h y d r o t h e r m a lm e t h o d.T h e c o m p o s i t e i s o b t a i n e db yg r o w i n g T i O2c r y s t a l p a r t i-c l e s o nt w o-d i me n s i o n a l l a y e r e d T i3C2,a n dt h ec o m p o s i t e m a t e r i a l c o m b i n e st h ee x c e l l e n tp h o t o c a t a l y t i c p e r f o r m a n c eo fT i O2a n dt h e g o o de l e c t r o nt r a n s p o r t i n gp r o p e r t y o fT i3C2.T h e p h a s ec o m p o s i t i o n a n d m i c r o s t r u c t u r eo f T i O2/T i3C2c o m p o s i t e s w e r ea n a l y z e d b y X R D,S E M,T E Ma n dB E T,a n d t h e i r p h o t o c a t a l y t i c p r o p e r t i e sw e r e t e s t e d.T h i s c o m b i n a t i o nf a c i l i t a t e s t h e r a p i ds e p a r a t i o na n dt r a n s m i s s i o no f p h o t og e n e r a t e dc a r r i e r s g e n e r a t e du n d e r i l l u m i n a t i o n c o n d i t i o n s,a n d a chi e v e s t h e p u r p o s e o f a c c e l e r a t i n g p h o t o c a t a l y t i c d e g r a d a t i o n o fo r g a n i cd y e s.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e p h o t o c a t a l y t i cd e g r a d a t i o ne f f i c i e n c y o fT i O2/T i3C2c o m p o s i t e s i s s i g n i f i c a n t l y b e t t e r t h a n t h a t o fT i3C2a n dT i O2.K e y w o r d s:T i O2/T i3C2;t w o-d i m e n s i o n a lm a t e r i a l;h y d r o t h e r m a lm e t h o d;p h o t o d e g r a d a t i o n*收稿日期:2018-08-24基金项目:国家自然科学基金项目(51572158,51272154)作者简介:朱建锋(1973-),男,甘肃静宁人,教授,博士,研究方向:功能复合材料Copyright©博看网 . All Rights Reserved.陕西科技大学学报第37卷0 引言为了应对日益增加的环境和能源问题,光催化被认为是一种有前景的清洁环境和可持续能源的方法.近年来,发现金属氧化物半导体在光照下对有害有机物降解为危害较小的分子具有良好的光催化活性.T i O2光催化剂由于其化学性质稳定,廉价易得,催化性高,氧化能力高,降解完全和可以重复使用等优点,在降解有毒有机污染物,污水处理,光电转换,清洁材料的制备等方面受到了广泛关注.然而T i O2还存在带隙较宽(约3.2e V),只能在波长小于378n m的紫外区显示光化学活性,对太阳能的利用率小于10%,同时其光生电子和空穴容易发生复合等问题,从而使得光催化效率降低.因此,一系列的策略已经被开发,以合成二氧化钛基纳米复合材料,用于抑制电子空穴重组和扩大光吸收范围,如贵金属负载[1],离子掺杂[2],以及与半导体[3],金属氧化物[4],和碳材料[5]复合.特别是,在含碳材料和二氧化钛的结合上有广泛的关注,因为它们二者组合的协同性能够达到增强光催化性能的目的[6].最近,二维(2D)的过渡金属的碳化物或碳氮化物M X e n e s因其独特的性能已经被广泛研究[7,8].T i3C2纳米片是目前研究最多的M X e n e,其可以通过用H F选择性刻蚀和剥落T i3A l C2容易地获得.T i3A l C2是典型的MA X相材料,它可认为是一种金属与陶瓷之间的复合物,同时兼具金属和陶瓷的优良性能.因此,T i3C2具有高的导电性和类石墨烯状二维层状结构,被认为是锂离子电池(L I B)阳极[9],锂硫电池[10],和电化学电容器的储能材料[11],也正是因为独特的层状结构形态,使其具有良好的分散性和稳定性,也使T i3C2作为染料的吸附剂[12]和作为催化剂的载体[13].T i3C2已被广泛认为是一类高性能光催化剂[14].由于提供了一个T i O2和碳材料复合的天然平台,T i3C2作为复合材料的基体可延长电子-空穴对的寿命,调节带隙,吸附反应物[14,15].在近几年的研究中,二维纳米M X e n e s相材料(T i3C2,T i2C等)在制备和性能研究方面取得了显著的成果[16-18],但是目前对M X e n e s相结构的负载以及其复合材料在光催化领域的研究较少.本文采用钛酸丁酯为钛源,采用一步水热法制备了T i O2/ T i3C2纳米复合材料.该复合材料可有效分离光生电子和空穴,减小带隙,提高光催化效率.在这里,我们提出了一种可能的复合材料机制,以提高光催化降解性能.1 实验部分1.1 原料碳化钛粉(T i C)㊁钛粉(T i)㊁铝粉(A l)㊁氢氟酸(H F)㊁钛酸丁酯(C16H36O4T i)㊁无水乙醇(C2H5OH)等.1.2 T i3A l C2与T i3C2的制备T i3A l C2是通过真空无压烧结T i C㊁T i和A l 而制成的.将混合物通过低能球磨,真空烧结和高能球磨,最后在40℃下干燥24h.详细内容参见文献[19].通过40%H F溶液在室温磁力搅拌24h,蚀刻T i3A l C2中的A l,制备出二维层状T i3C2.然后离心,用去离子水彻底冲洗得到的悬浮液,乙醇洗涤几次,直至p H值达到中性,然后在40℃干燥,成功制备出T i3C2粉末[20].1.3 T i O2/T i3C2复合材料的制备称取0.6g的T i3C2分散在30m L去离子水中,进行超声处理至溶液均匀透明无沉淀.量取1.7m L钛酸丁酯溶于9m L无水乙醇中,缓慢加入上述溶液.将该溶液搅拌3h置于水热反应釜中,在150℃下水热反应12h.反应完成后进行离心,水洗三次,醇洗三次反应溶液,将其在60℃条件下干燥12h,研磨,得T i O2/T i3C2复合材料. T i O2/T i3C2复合材料的制备工艺如图1所示.图1 T i O2/T i3C2复合材料的制备工艺为了进行对比实验,在150℃条件下,对纯钛酸丁酯进行水热处理,得到150℃T i O2,其制备过程与T i O2/T i3C2复合材料的制备过程完全相同.1.4 测试与表征X射线衍射分析(X R D)可以在5°~80°的角度范围内探索材料的结构.通过场发射扫描电子显微镜(S E M,H i t a c h iS4800)和透射电子显微镜(T E M;F E I公司T e c n a i G220S t w i n,200k V)观察纳米复合材料的表面形貌和微观结构.能量色散型X射线分析仪(E D S)可以进行元素分析.通过N2吸附脱附法测试材料的比表面积.使用紫外可见分光光度计(Y Q2015001210)接收光学吸收光谱.1.5 光催化性能测试样品的光催化性能通过在500W汞灯(B i-㊃69㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期朱建锋等:一步水热法制备T i O2/T i3C2纳米复合材料及其光催化性能l a n g,中国)下光催化降解甲基橙(MO)染料来评估.首先,将30m g光催化剂溶解于50m L MO溶液(20m g/L)中并在黑暗条件下搅拌1h,直到MO溶液和催化剂之间建立吸附平衡.然后进行光反应.在照射过程中,每15m i n取出4m L溶液,以8000r/m i n的速度离心,取出上清液,并在2600U V-v i s分光光度计上测量MO溶液的吸光度.2 结果与讨论2.1 T i O2/T i3C2复合材料的物相分析对实验所得的粉末进行X R D测试,结果如图2所示.图2从下到上依次为T i3C2㊁T i O2和T i O2/T i3C2纳米复合材料的X R D图谱.从T i3C2的X R D图谱中可以看出,分别在2θ为9.08°㊁18.51°㊁27.90°㊁35.90°㊁41.71°㊁60.80°时出现了衍射峰,分别对应于T i3C2的(002)㊁(006)㊁(008)㊁(0010)㊁(0012)㊁(110)晶面,这与文献中报道的T i3C2衍射峰一致[21].所制备的T i O2X R D 图谱与标准T i O2的P D F卡片(P D F#21-1272)十分吻合.从图谱中可以看出,在2θ位于25.28°㊁37.80°㊁48.05°㊁53.89°㊁55.06°处,分别对应(101)㊁(004)㊁(200)㊁(105)㊁(204)晶面.T i O2/ T i3C2纳米复合材料的X R D图谱中所有的衍射峰与T i O2和T i3C2的特征峰吻合,表明T i O2/T i3C2复合材料为T i O2与T i3C2的共存结构.图2 T i3C2㊁T i O2和T i O2/T i3C2复合材料X R D图2.2 T i O2/T i3C2复合材料的形貌分析图3为T i3C2㊁T i O2㊁T i O2/T i3C2复合材料的S E M图以及T i O2/T i3C2的E D A X图.图3(a)显示了T i3C2的形态,这种分层的手风琴状结构可以在所示的局部放大图3(b)中更清晰地看到.图3(c)㊁3 (d)为所制备的T i O2的S E M图,其中图3(d)是图3(c)的局部放大图,从图中可以看出纯T i O2产物表现出的平均尺寸为1~4μm,它是由大量小的不规则颗粒聚集而成,这些不规则颗粒的尺寸约为80n m.这些纳米颗粒是锐钛矿型T i O2纳米颗粒,由图2中的X R D结果证实.图3(e)㊁3(f)为T i O2/ T i3C2复合材料的S E M图,在水热法之后,T i3C2的层状形态保留,并且在层的边缘和边缘处可以观察到尺寸约为20n m的不规则形状的颗粒.这些夹层纳米颗粒的存在有效地防止了T i3C2片的累积.同时,与纯T i O2样品相比,T i O2/T i3C2复合材料中T i O2颗粒尺寸减小,团聚现象也明显减少.这意味着这种T i O2/T i3C2复合材料具有大的特定表面积和高表面能.图3(g)为T i O2/T i3C2复合材料中对应的T i㊁O和C元素分布图,能看到T i㊁O和C元素均匀分布在T i3C2片层以及层间,可以表明T i O2颗粒负载到了T i3C2上.(a)㊁(b)T i3C2的S E M图(c)㊁(d)T i O2的S E M图(e)㊁(f)T i O2/T i3C2复合材料的S E M图(g)T i O2/T i3C2及相应T i㊁O㊁C元素的E D A X面扫图图3 T i3C2㊁T i O2和T i O2/T i3C2的S E M图以及T i O2/T i3C2的E D A X图图4显示了T i3C2和T i O2/T i3C2复合材料的T E M和H R T E M图.图4(a)为T i3C2的T E M㊃79㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.陕西科技大学学报第37卷图,从图中可以看出T i 3C 2独特的二维层状类石墨烯结构;图4(b )为T i 3C 2的HR T E M 图像,测得T i 3C 2的晶面条纹间距约为0.98n m ;图4(c )为T i O 2/T i 3C 2复合材料的TE M 图;图4(d )为其相对应的H R T E M 图,可以看出许多T i O 2纳米颗粒均匀地附着在T i 3C 2薄片上,形成夹心状结构.并且测量到0.36n m 的晶格间距,这归属于锐钛矿的(101)晶面.这些结果证实了T i O 2颗粒成功负载到了T i 3C 2二维层状材料上了,这与X R D ㊁S E M 结果吻合.T i O 2/T i 3C 2复合材料的夹层结构有利于提供更多的接触界面,以加速它们之间的电荷载流子迁移.经测量,图4(a )中T i 3C 2的层间距约为120n m ,而图4(c )中T i O 2/T i 3C 2复合材料的层间距约为183n m ,这表明T i O 2颗粒的引入不仅能有效防止T i 3C 2层的堆积,还可以增大其层间距,并增加材料的比表面积.(a )T i 3C 2的T E M 图 (b )T i 3C 2的HR T E M图(c )T i O 2/T i 3C 2的T E M 图(d )T i O 2/T i 3C 2的HR T E M 图图4 T i 3C 2与T i O 2/T i 3C 2复合材料的T E M 与H R T E M 图谱2.3 T i O 2/T i 3C 2复合材料的比表面积及孔径分析图5为T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的N 2吸附脱附等温曲线和孔径分布曲线.从图5(a )可以看出,T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的比表面积分别为6.0211m 2g -1㊁109.8946m 2g -1.负载后的比表面积有了很大程度的提高,T i O 2/T i 3C 2复合材料的比表面积是T i 3C 2近18.25倍,这可能是由于大量细小的T i O 2颗粒成功嵌入到T i 3C 2层间,可防止T i 3C 2片层的堆积,进而扩大片层之间的距离.图5(b )为T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的孔径分布曲线.从图5(b )可以看出,T i O 2/T i 3C 2复合材料大部分的孔体积位于20~100n m ,且主峰位置大约在82n m.应该指出的是,复合材料具有比T i 3C 2大得多的孔体积.实验结果表明,较大的比表面积和较多的孔径有利于增加染料与光催化剂的接触面积,表面的活性位点越多,从而提高光催化剂降解的性能.(a )T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的N 2吸附脱附等温曲线(b )T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的孔径分布曲线图5 T i 3C 2和T i O 2/T i 3C 2复合材料的N 2吸附脱附等温曲线与孔径分布曲线2.4 T i O 2/T i 3C 2复合材料的光降解性能分析从图6可以看出T i 3C 2㊁T i O 2和T i 3C 2/T i O 2纳米复合材料的光催化活性,其通过测量甲基橙(MO )的降解作为模型反应.与纯T i O 2和T i 3C 2相比,T i 3C 2/T i O 2纳米复合材料明显显示较高的光催化活性.在最初的30m i n 内,甲基橙被T i 3C 2/T i O 2复合材料迅速降解,而制备的T i O 2的光催化降解性能相对较差,T i 3C 2最差.降解60m i n 后,T i O 2/T i 3C 2纳米复合材料的降解效率达到90%,远高于T i O 2(38%)和T i 3C 2(28%)的降解效率.从图6可以看出,T i 3C 2在曲线的起点降解率小于1,说明其在暗反应阶段对染料还有一定的吸附作用,在光反应阶段也存在一定的光催化性能.㊃89㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期朱建锋等:一步水热法制备T i O2/T i3C2纳米复合材料及其光催化性能这些实验的现象表明,T i3C2/T i O2纳米复合材料在U V光照射下显示出比纯T i O2和T i3C2更有效的光催化降解性能,这可能是由于T i3C2和T i O2的协同作用,T i3C2有类似于石墨烯独特的结构[20],同时兼具金属和陶瓷的优良性能,特别是高的电子传输效率可以有效地促进电子转移,这可以有效地减少电子-空穴对的复合,从而促进降解速率[22].图6 T i3C2㊁T i O2㊁T i O2/T i3C2复合材料对甲基橙的光催化降解曲线图图7是T i3C2㊁T i O2与T i O2/T i3C2纳米复合材料的光吸收性能图.从图7可以看出,T i3C2在200~800n m的波长范围内对光均有良好的吸收,说明T i3C2既可以吸收紫外光也可以吸收可见光; T i O2只吸收紫外光,对大于400n m波长的光几乎无吸收;相比之下,T i3C2/T i O2纳米复合材料表现出更宽的光吸收,400n m以上的光吸收明显比纯T i O2高,这可能归因于碳质材料的独特吸附[22],但比T i3C2低,这是由于T i O2的形成.结合文献[22]可知,T i3C2带隙窄且载流子迁移率高,表现出了金属性,因此,T i3C2/T i O2纳米复合材料的光催化活性增强可能是由于存在金属T i3C2,其与T i O2杂化可能有利于光吸收和光催化反应.图7T i3C2㊁T i O2和T i O2/T i3C2复合材料的紫外-可见吸收光谱图8为T i O2/T i3C2的可能光催化机理.其中,图8(a)是T i O2/T i3C2复合材料的电荷转移图,可用密度泛函理论解释.通过文献[23]可知, T i3C2的费米能级相对于正常氢电极(N H E)为-0.04e V.T i O2的带隙为3.09e V,其导带相对于NH E位于-0.25e V,这比T i3C2的费米能级更负,表明将光生电子从T i O2转移到T i3C2是可行的.图8(b)显示了T i O2/T i3C2复合材料的光催化增强机理.首先,T i O2颗粒的成功嵌入产生了大的比表面积,这确保了T i O2/T i3C2复合材料表面上的大量活性位点;其次,在暴露于紫外光时,光生电子和空穴被分离.由于T i3C2的费米能级与T i O2导带之间的差异非常小,电子转移的能垒有效降低,光生电子很容易迁移到T i3C2界面;第三,由于T i3C2具有良好的电子传输类型,T i O2/ T i3C2复合材料具有高电子空穴分离效率并且可以有效地降低复合率.因此,复合材料的T i O2/ T i3C2光催化活性得到显著改善.(a)T i O2/T i3C2复合材料的电荷转移图示(b)T i O2/T i3C2纳米复合材料可能的光催化机理的示意图图8 T i O2/T i3C2复合材料的电荷转移及机理示意图3 结论本实验是由钛酸丁酯为钛源,采用简单的一步水热法成功制备了T i O2/T i3C2纳米复合材料.实验结果表明:T i O2/T i3C2纳米复合材料对于甲基橙的降解明显优于T i O2和T i3C2,这可能是由于㊃99㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.陕西科技大学学报第37卷两者的协同作用,T i O2颗粒进入到T i3C2层间,可以防止T i3C2层的坍塌并增大层间距,从而增大比表面积,较大的比表面积有利于染料与催化剂的接触,增加活性位点;而T i3C2由于良好的电子传输性能,有利于光生载流子的分离和快速传输;T i O2与T i3C2的结合还可以有效减少其禁带宽度,增强对光的吸收效率,从而进一步增强光催化效率.参考文献[1]Z h e n g Z,H u a n g B,Q i nX,e t a l.F a c i l e i n s i t us y n t h e s i s o fv i s i b l e-l i g h t p l a s m o n i c p h o t o c a t a l y s t sM@T i O2(M=A u,P t,A g)a n de v a l u a t i o no f t h e i r p h o t o c a t a l y t i c o x i d a t i o no fb e n z e n et o p h e n o l[J].J o u r n a lo f M a t e r i a l s C h e m i s t r y,2011,21(25):9079-9087.[2]N d o n g LBB,I b o n d o u M P,G uX,e t a l.E n h a n c e d p h o t o-c a t a l y t i c a c t i v i t y o fT i O2n a n o s h e e t sb yd o p i n g w i t h C uf o r c h l o r i n a t e ds o l v e n t p o l l u t a n t sd eg r a d a t i o n[J].I n d u s-t r i a l&E n g i n e e r i n g C h e m i s t r y R e s e a r c h,2014,53(53):1368-1376.[3]L a b i a d h H,C h a a b a n eT B,B a l a nL,e ta l.P r e p a r a t i o 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水热法制备二氧化钛纳米管石墨烯复合光催化剂及其光催化性能

第４０卷㊀第２期２０１９年２月发㊀光㊀学㊀报ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥＶｏｌ４０Ｎｏ２Ｆｅｂ.ꎬ２０１９文章编号:１０００￣７０３２(２０１９)０２￣０１７７￣０６水热法制备二氧化钛纳米管￣石墨烯复合光催化剂及其光催化性能陈㊀越１ꎬ何大伟１∗ꎬ王永生１ꎬ杨冰洋２(１.北京交通大学光电子技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室ꎬ北京㊀１０００４４ꎻ２.航天特种材料及工艺技术研究所ꎬ北京㊀１０００７４)摘要:采用水热法制备了二氧化钛纳米管￣石墨烯的复合光催化剂ꎮ利用Ｘ射线衍射仪㊁扫描电镜㊁透射电镜和拉曼光谱仪对复合材料进行了表征与分析ꎬ并对其光催化性能进行了测试ꎮ结果显示ꎬ同纯二氧化钛纳米管相比ꎬ二氧化钛纳米管￣石墨烯的光催化性能较高ꎮ石墨烯与二氧化钛纳米管复合ꎬ充当电子受体ꎬ载流子迁移率得到提高ꎬ从而提升了光催化性能ꎮ关㊀键㊀词:光催化ꎻ石墨烯ꎻ二氧化钛纳米管ꎻ水热法中图分类号:Ｏ４８２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３７８８/ｆｇｘｂ２０１９４００２.０１７７ＨｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＧｒａｐｈｅｎｅ￣ＴｉＯ２ＮａｎｏｔｕｂｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄＳｔｕｄｙｏｆＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓＣＨＥＮＹｕｅ１ꎬＨＥＤａ￣ｗｅｉ１∗ꎬＷＡＮＧＹｏｎｇ￣ｓｈｅｎｇ１ꎬＹＡＮＧＢｉｎｇ￣ｙａｎｇ２(１.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅａｎｄＯｐｔｉｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎꎬＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００４４ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＡｅｒｏｓｐａｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐｅｃｉａｌＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００７４ꎬＣｈｉｎａ)∗ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＡｕｔｈｏｒꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｄｗｈｅ＠ｂｊｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎＡｂｓｔｒａｃｔ:Ａｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｏｆｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｎａｎｏｔｕｂｅ￣ｇｒａｐｈｅｎｅｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ.ＴｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒａｎａｌｙｚａｔｉｏｎｂｙＸ￣ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｏｍ￣ｅｔｒｙꎬｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙꎬｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ.Ｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｉｔａｎｉ￣ｕｍｄｉｏｘｉｄｅｎａｎｏｔｕｂｅ￣ｇｒａｐｈｅｎｅｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｐｕｒｅｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｎａｎｏｔｕｂｅｓ.Ｇｒａｐｈｅｎｅｉｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｎａｎｏｔｕｂｅｓｔｏａｃｔａｓａｎｅｌｅｃｔｒｏｎａｃｃｅｐｔｏｒꎬａｎｄｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｍｏｂｉｌｉｔｙｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄꎬｔｈｅｒｅｂｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃꎻｇｒａｐｈｅｎｅꎻｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｎａｎｏｔｕｂｅꎻｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ㊀㊀收稿日期:２０１８￣０１￣３１ꎻ修订日期:２０１８￣０７￣１１㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(６１３３５００６ꎬ６１３７８０７３ꎬ６１８７５２３６)资助项目ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(６１３３５００６ꎬ６１３７８０７３ꎬ６１８７５２３６)１㊀引㊀㊀言１９７２年ꎬ日本东京大学Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ和Ｈｏｎｄａ研究发现ꎬ利用ＴｉＯ２单晶进行光催化反应可使水分解成氢和氧[１]ꎬ为氢气的制取提供了新的思路ꎬ同时也开启了对光催化剂的研究ꎮ光催化具有低成本㊁绿色环保等特点ꎬ表现出巨大的应用潜力ꎮ１７８㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４０卷ＴｉＯ２作为一种半导体材料ꎬ具有电子空穴对电势电位差大㊁不发生光化学腐蚀㊁酸碱耐性好㊁无毒性㊁可反复使用㊁成本较低等特性ꎬ是一种潜力巨大的材料ꎮ由于锐钛矿ＴｉＯ２禁带宽度为３.２ｅＶ[２]ꎬ吸收波长小于３８７ｎｍꎬ导致光催化所需的光子能量较高ꎬ这部分光子的总能量占太阳光辐射总能量不足５％[３]ꎬ限制了ＴｉＯ２的光催化效率ꎮ石墨烯是以蜂窝状排列的单层碳原子ꎬ碳原子以六元环形式周期性排列于石墨烯平面内ꎮ除参与ｓｐ２杂化的电子外ꎬ剩余π电子可在石墨烯晶体内自由移动ꎬ赋予了石墨烯良好的导电性[４]ꎬ对半导体￣石墨烯组成的石墨烯复合材料有重要意义ꎬ因而其常被用于此类研究ꎬ二氧化钛也是研究的热点ꎮ通过掺杂碳的同素异形体可以改良二氧化钛纳米管的光催化能力ꎬ目前已有使用活性炭[５￣６]㊁富勒烯[７]㊁碳纳米管[８]等掺杂的相关研究ꎮ本文采用水热法制备二氧化钛纳米管(ＴＮＴｓ)￣石墨烯复合材料并对复合材料进行表征测试ꎮ结果表明ꎬ与纯二氧化钛纳米管在紫外光下对甲基蓝(ＭＢ)溶液的光催化降解性能相比ꎬ该复合物的光催化性能有较大提高ꎮ石墨烯与二氧化钛纳米管的复合ꎬ增大了光催化降解反应的接触面积ꎬ并使载流子迁移率得到提高ꎬ进而提升材料的光催化性能ꎮ２㊀实㊀㊀验２.１㊀氧化石墨烯制备制备氧化石墨烯采用改良的Ｈｕｍｍｅｒｓ法[９]ꎮ具体步骤为:在冰浴条件下ꎬ将５ｇ石墨放入５００ｍＬ烧瓶中ꎻ加入体积比为９８％的浓硫酸１５０ｍＬꎬ放入磁子搅拌３０ｍｉｎꎻ再向烧瓶中缓慢加入体积比为１ʒ４的高锰酸钾溶液１００ｍＬꎬ搅拌１ｈ后将温度保持在３５ħꎬ继续搅拌３０ｍｉｎꎻ另取大烧杯ꎬ向其中加入５００ｍＬ水ꎬ将之前步骤制得的烧瓶中液体倒入烧杯中ꎬ磁子搅拌３０ｍｉｎ后加入３０ｍＬ５％的Ｈ２Ｏ２溶液ꎬ持续搅拌直到没有气泡产生ꎮ将所得产物沉淀后ꎬ用体积比为６％的ＨＣｌ溶液洗涤离心５次ꎬ再用水洗涤离心５次ꎮ向离心所得沉淀中加适量水均匀后超声１ｈꎬ８０ħ干燥数小时ꎬ再用８００Ｗ微波处理４０ｓꎬ得到黄色的氧化石墨烯ꎮ２.２㊀ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料制备与通常先分别制备二氧化钛纳米管和石墨烯再进行复合过程不同ꎬ本实验采用水热法同时处理氧化石墨烯和二氧化钛纳米颗粒ꎮ具体步骤为:将２.１中制得的氧化石墨烯加适量水超声使其成为均匀浊液分散体ꎮ在搅拌条件下将２ｇ二氧化钛纳米颗粒(Ｐ９０)缓缓加入氧化石墨烯的浊液中ꎬ持续搅拌１ｈꎬ以确保完全混合ꎮ向产物中缓慢加入浓度为１０ｍｏｌ/Ｌ的ＮａＯＨ溶液１００ｍＬꎬ得到白色悬浊液ꎮ将混合物转移到聚四氟乙烯内衬的高压釜中准备进行水热反应ꎮ将高压釜封好ꎬ在１２０ħ下加热２４ｈꎮ待冷却至室温ꎬ打开高压釜ꎬ得到银灰色沉淀ꎬ该银灰色沉淀为钛酸盐纳米管￣石墨烯复合物ꎬ聚集在反应器上方ꎮ对钛酸盐纳米管进一步处理以得到二氧化钛纳米管ꎮ首先ꎬ向得到的灰色凝胶液中加入０.１ｍｏｌ/Ｌ的ＨＣｌ溶液并在室温下搅拌１２ｈꎮ产物用去离子水洗涤ꎬ离心至离心液显中性后在８０ħ下干燥ꎬ并进行退火ꎮ然后将所得产物在３００ħ下进行６０ｍｉｎ煅烧ꎬ得最终产物ꎮ因产物中有石墨烯ꎬ煅烧处理过程须在惰性气体保护下进行ꎮ２.３㊀表征测试产物的晶相结构利用ＢｒｕｋｅｒＤ８Ａｄｖａｎｃｅ型多晶Ｘ射线衍射(ＸＲＤ)仪来分析ꎬＴＮＴｓ的扫描范围为２０ʎ~８０ʎꎬ步长０.０２１ʎꎻＴＮＴｓ￣石墨烯扫描范围为１５ʎ~８５ʎꎬ步长０.０２１ʎꎮ用ＨｉｔａｃｈｉＳ￣４８００场发射扫描电子显微镜(ＳＥＭ)测试能量散射谱(ＥＤＳ)进行分析ꎬＪＥＭ￣１４００型透射电子显微镜(ＴＥＭ)观察样品的形貌ꎻ用４００＋ＲａｍａｎＭｉｃｒｏ３００型拉曼光谱仪(Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ)ꎬ对样品进行结构分析㊁成分鉴别㊁缺陷研究㊁掺杂研究等ꎮ２.４㊀光催化测量光催化测量所用光催化反应仪为上海比朗仪器生产的ＢＬ￣ＧＨＸ￣ＩＩ型ꎬ待降解的试剂为甲基蓝(ＭＢ)溶液ꎬ光源为主波长大于４００ｎｍ的氙灯ꎬ直接照射样本ꎮ光催化降解实验开始前ꎬ用甲基蓝配制成一定浓度的溶液ꎬ定容后ꎬ将ＴＮＴｓ和ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料以固定体积比例分别加入到两组甲基蓝溶液中ꎬ分别作为对照组和实验组ꎮ在避光条件下开始光催化降解实验ꎬ并用增氧泵通入空气ꎬ反应温度为室温ꎮ用磁力搅拌器将该体系避光搅拌１ｈ以上ꎬ以保证在光催化剂与甲基蓝之间达到吸附㊁脱附平衡ꎬ从而避免吸附作用㊀第２期陈㊀越ꎬ等:水热法制备二氧化钛纳米管￣石墨烯复合光催化剂及其光催化性能１７９㊀干扰对光催化反应速率的测量ꎮ达到吸附平衡之后开始用氙灯照射ꎬ照射的过程中用循环冷却系统进行散热处理ꎮ实验过程中ꎬ每隔１０ｍｉｎ取大约１０ｍＬ样品ꎬ经离心分离后ꎬ提取上清液检测ꎮ３㊀结果与讨论３.１㊀ＸＲＤ分析图１所示为纯ＴＮＴｓ(ａ)和ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料(ｂ)的Ｘ射线衍射(ＸＲＤ)谱ꎮ从图上可以看出ꎬ二者均表现出特征(１０１)㊁(００４)㊁(２００)㊁(１０５)㊁(２１１)㊁(２０４)㊁(１１６)㊁(２２０)㊁(２１５)反射ꎬ没有其他峰ꎬ表明所得产物为锐钛相的二氧化钛(四方晶体ꎬ晶格常数ａ＝０.３７７７ｎｍꎬｃ＝０.９０５１ｎｍ)ꎬＸＲＤ谱中石墨烯的峰被掩盖ꎬ是因为锐钛相二氧化钛(１０１)和石墨烯(００２)峰都位于２５ʎ左右ꎬ(００２)晶面衍射峰被锐钛相二氧化钛强而尖锐的(１０１)衍射峰掩盖掉了ꎮ复合材料的(１０１)峰比纯ＴＮＴｓ宽ꎬ表明纯ＴＮＴｓ结晶度更高ꎮ这一方面说明由于用强碱溶液水热处理ꎬ在该过程中使石墨烯结构遭到了破坏ꎻ另一方面说明石墨烯阻碍了水热处理时ＴＮＴｓ晶体的生长ꎮ并且煅烧过程是在惰性气体中进行ꎬ而惰性气25702兹/（°）I n t e n s i t y /a .u .2030354045505560657580215220116204211105200004TNT+graphene101（b ）2兹/（°）I n t e n s i t y /a .u .215220116204211105200004TNT101（a ）图１㊀纯ＴＮＴｓ(ａ)和ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料(ｂ)的Ｘ射线衍射(ＸＲＤ)谱Ｆｉｇ.１㊀Ｘ￣ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ(ＸＲＤ)ｓｐｅｃｔｒａｏｆｐｕｒｅＴＮＴｓ(ａ)ａｎｄｇｒａｐｈｅｎｅ￣ＴｉＯ２ｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ(ｂ)体中氧元素的缺少也会对二氧化钛形成造成一定的阻碍ꎮ３.２㊀拉曼光谱分析据文献[１０]记载ꎬ二氧化钛有４个明显的Ｒａｍａｎ峰ꎬ分别位于１４７ꎬ３９８ꎬ５１５ꎬ６４０ｃｍ－１ꎬ锐钛相二氧化钛的晶胞属于Ｄ１９４ＨＩ４１ａｍｄæèçöø÷空间群ꎬ每个晶胞中由２个钛原子和４个氧原子组成ꎬＲａｍａｎ振动模为Ａ１ｇ＋２Ｂ１ｇ＋３Ｅｇꎮ图２所示为ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料的Ｒａｍａｎ谱ꎬ前４个峰的位置发生了一定偏离ꎬ分别位于１５０ꎬ４０３ꎬ５１４ꎬ６４５ｃｍ－１ꎬ拉曼光谱的峰位置主要受纳米材料的尺寸以及缺陷的影响ꎬ且拉曼峰相较于纯ＴＮＴｓ变宽ꎬ也能表明纳米材料的尺寸发生了变化[１１]ꎮ二氧化钛的颗粒尺寸减小和在ＴＮＴｓ/石墨烯表面的Ｅｇ带的蓝移ꎬ可以归因于声子限制效应ꎮ该现象表明ꎬＴＮＴｓ和石墨烯片材之间有很强的化学作用ꎮ拉曼谱带强度的变化和Ｇ带的蓝移为石墨烯在复合材料中的存在提供了明确的证据ꎮ1000Raman shift /cm -1I n t e n s i t y /a .u .GrapheneGrapheneTiO 2TiO 2TiO 2TiO 2图２㊀ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料的Ｒａｍａｎ谱Ｆｉｇ.２㊀Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ￣ＴｉＯ２ｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ３.３㊀利用ＳＥＭ、ＴＥＭ进行样品形貌分析为了进一步确定所制备各样品的形貌结构和晶格特征ꎬ我们采用扫描电子显微镜(ＳＥＭ)和透射电子显微镜(ＴＥＭ)对样品进行形貌分析ꎮ图３为二氧化钛纳米管的ＴＥＭ图像ꎬ经水热法ꎬ原来的二氧化钛纳米颗粒变成了比表面积更高的管状结构ＴＮＴｓꎬ增大了反应接触面积(内㊁外表面积)ꎮ图４为石墨烯与ＴＮＴｓ复合的ＳＥＭ图像ꎬ有片材褶皱的部分为石墨烯ꎬＴＥＭ分析显示ＴＮＴｓ被定在水热处理后的石墨烯上ꎬ且表面覆盖有ＴＮＴｓ的互连网络ꎮＴＥＭ图像显示ꎬ石墨烯表现为一个矩阵密集ＴＮＴｓꎮ石墨烯与纳米管相互纠缠ꎬ比较１８０㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４０卷紧密地结合在一起ꎬ石墨烯直接与纳米管接触ꎮ可以看出ꎬＴＮＴｓ占据大部分石墨烯的可用表面积ꎬ赋予ＴＮＴｓ高得多的复合载量ꎮ由ＴＥＭ图像还可以看出ꎬ在石墨烯表面的ＴＮＴｓ具有约９ｎｍ的外径ꎮ石墨烯￣ＴＮＴｓ(约６ｎｍ)的内径比纯ＴＮＴｓ(３ｎｍ)大得多ꎮ通过获取任意区域沿ＳＥＭ图像对角线上的ＥＤＳ谱图(图５)对该复合材料的元素进行分析ꎮＥＤＳ谱图显示的峰对应于Ｃ和Ｔｉꎬ它确保了ＴＮＴｓ生长在石墨烯表面ꎮ在石墨烯表面的ＴＮＴｓ的分布经ＥＤＳ映射还可进一步分析ꎮ由ＴＥＭ分析获得的ＥＤＳ谱图证实了Ｔｉ的存在ꎬ同时ＥＤＳ可以确定ＴＮＴｓ在石墨烯片材表面的分布ꎮ50nm图３㊀二氧化钛纳米管的ＴＥＭ图像Ｆｉｇ.３㊀ＴＥＭｉｍａｇｅｏｆｔｉｔａｎｉａｎａｎｏｔｕｂｅｓ50nm图４㊀石墨烯与ＴＮＴｓ复合的ＴＥＭ图像Ｆｉｇ.４㊀ＴＥＭｉｍａｇｅｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ￣ＴｉＯ２ｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ通过以上三项表征测试ꎬ得到ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料的表征ꎬ证明了锐钛型ＴＮＴｓ存在于石墨烯面上ꎬ二者相互影响耦合工作ꎮ从石墨烯氧化物到石墨烯的转化ꎬＴＮＴｓ和石墨烯表面之间的强相互作用ꎬ这些因素有望提高复合材料的光催化活性ꎮ500nmnO电子图像1n图５㊀任意区域沿ＳＥＭ图像对角线上的ＥＤＳ谱图Ｆｉｇ.５㊀ＥＤＳｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅｄｉａｇｏｎａｌａｌｏｎｇＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆａｒ￣ｂｉｔｒａｒｙｒｅｇｉｏｎｓ３.４㊀光催化性能研究对ＴＮＴｓ和制备的ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料的光催化降解能力进行测试ꎬ待降解的染剂甲基蓝(ＭＢ)的特征吸收峰为４６８ｎｍꎬ用该吸收峰的强度减小速率来评价光催化降解速度ꎮ光催化性能测试忽略由于氧化石墨烯还原的不彻底性导致的相比于ＴＮＴｓ十分微弱的光催化性能ꎮ为了避免物理吸附影响ＭＢ溶液浓度干扰实验结果ꎬ测试实验需在光催化反应前开始ꎬ即先将各组样本处于避光直至吸附㊁脱附稳定(图６中ｔ为负数的时间段)ꎮ图６(ａ)显示了ＴＮＴｓ和ＴＮＴ￣石墨烯复合材料的光催化降解的ＭＢ溶液的浓度(Ｃ)和时间的关系ꎬ－６０~０ｍｉｎ处于避光状态ꎬＴＮＴｓ在该时刻无活性ꎬＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料ＭＢ浓度开始下降ꎬ归因于石墨烯对于试剂较强的吸附作用ꎮ０ｍｉｎ以后使用氙灯照射ꎬ光催化反应开始发生ꎮＴＮＴｓ和ＴＮＴｓ￣石墨烯光降解为一个伪一级反应ꎬ其速率方程式为:ｌｎＣＣ０＝－ｋｔꎬ(１)其中ｋ㊁Ｃ０和Ｃ分别是表观速率常数㊁初始浓度和经过时间ｔ后的甲基蓝的浓度ꎮ将上述公式进行变换得到:ｌｎＣ０Ｃ＝－ｌｎＣＣ０＝ｋｔꎬ(２)即图６(ｂ)的图像斜率表观速率常数ｋ可代㊀第２期陈㊀越ꎬ等:水热法制备二氧化钛纳米管￣石墨烯复合光催化剂及其光催化性能１８１㊀表反应速率ꎮ测试结果表明ꎬＴＮＴｓ￣石墨烯的图像斜率显然大于ＴＮＴｓꎬ催化效果明显提升ꎮ1.20120t /minC-60601.41.00.80.60.4Pure TNTs TNTs 鄄graphene（a ）1.0t /minl n (C 0/C )1.20.80.20Pure TNTs TNTs 鄄graphene（b ）0.60.4图６㊀(ａ)ＴＮＴｓ和ＴＮＴ￣石墨烯复合材料的光催化降解的甲基蓝溶液的浓度(Ｃ)和时间的关系ꎻ(ｂ)ｌｎ(Ｃ０/Ｃ)与时间的关系ꎮＦｉｇ.６㊀(ａ)Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ(Ｃ)ｏｆｍｅｔｈｙｌｂｌｕｅｓｏｌｕｔｉｏｎｕｎｄｅｒｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｗｉｔｈＴＮＴｓａｎｄＴＮＴ￣ｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｏｖｅｒｔｉｍｅ.(ｂ)ｌｎ(Ｃ０/Ｃ)ｏｖｅｒｔｉｍｅ.光催化过程分为３个阶段ꎬ包括吸附的污染物㊁通过光催化剂的吸收光使电荷在催化剂表面的分离和创建自由基以分解污染物[１２]ꎮ催化剂对于染料分子的吸附能力㊁催化剂的吸光能力㊁电荷在催化剂表面的分离和输送能力ꎬ都会影响整个反应光催化效率ꎮ碳质材料具有非凡的吸收特性ꎬ并用于各种环境的设施ꎮ通常大多数工业染料及相关污染物具有芳香性质ꎬ石墨烯有使芳香域π￣π堆积相互作用的能力ꎮ该吸附过程显著增加了有机分子在催化表面的浓度ꎮ物质接近催化表面的富集环境是实现更高的光催化降解速率的一个重要因素[１３]ꎮ二氧化钛纳米管￣石墨烯复合材料的催化效率的提高正是由于上述各种因素的综合影响ꎮ石墨烯片层能将较多的污染物吸附在片层结构的表面ꎻ石墨烯具有良好的导电性ꎬ可以有效减少电子￣空穴的复合ꎬ提高载流子迁移率ꎬ从而显著地提高复合材料的光催化分解甲基蓝的活性ꎮ石墨烯在整个过程中有明显的辅助作用ꎮ４㊀结㊀㊀论水热法同时处理氧化石墨烯和二氧化钛纳米颗粒可制备ＴＮＴｓ￣石墨烯的复合材料ꎬ除复合材料ＴＮＴｓ的结晶度不如纯ＴＮＴｓ高等变化外ꎬ复合材料中ＴＮＴｓ和石墨烯的主要特性相较于纯物质均无明显变化ꎬ保留了原有性质ꎮ通过光催化速率测试检验ꎬＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料相比于纯ＴＮＴｓ的催化效率提高３倍左右ꎮ石墨烯为ＴＮＴｓ的光催化过程提供了更丰富的电子移动路径ꎬ增大了有机分子在催化表面的浓度ꎬ提高了载流子的迁移率ꎬ从而提高了光催化效率ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[１]ＣＵＩＹꎬＫＩＭＳＮꎬＪＯＮＥＳＳＥꎬｅｔａｌ..Ｃｈｅｍｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｅｎａｂｌｅｄｂｙｐｈａｇｅｄｉｓｐｌａｙｅｄｐｅｐｔｉｄｅｓ[Ｊ].ＮａｎｏＬｅｔｔ.ꎬ２０１０ꎬ１０(１１):４５５９￣４５６５.[２]ＡＭＢＲＵＳＺꎬＭＯＧＹＯＲÓＳＩＫꎬＳＺＡＬＡＩÁꎬｅｔａｌ..Ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓꎬｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｕｂｓｔｒａｔｅ￣ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｐｈｏ￣ｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＴｉＯ２ｗｉｔｈｔａｉｌｏｒ￣ｍａｄｅｒｕｔｉｌｅｔｏａｎａｔａｓｅｒａｔｉｏ[Ｊ].Ａｐｐｌ.Ｃａｔａｌ.ＡＧｅｎ.ꎬ２００８ꎬ３４０(２):１５３￣１６１.[３]ＣＨＥＮＹＪꎬＳＴＡＴＨＡＴＯＳＥꎬＤＩＯＮＹＳＩＯＵＤＤ.ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓＴｉＯ２ｆｉｌｍｓｗｉｔｈｕｌｔｒａｆｉｎｅａｎａｔａｓｅｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ[Ｊ].Ｓｕｒｆ.Ｃｏａｔ.Ｔｅｃｈｎｏｌ.ꎬ２００８ꎬ２０２(１０):１９４４￣１９５０.[４]ＮＯＶＯＳＥＬＯＶＫＳꎬＭＣＣＡＮＮＥꎬＭＯＲＯＺＯＶＳＶꎬｅｔａｌ..ＵｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｑｕａｎｔｕｍＨａｌｌｅｆｆｅｃｔａｎｄＢｅｒｒｙｓｐｈａｓｅｏｆ２πｉｎｂｉｌａｙｅｒｇｒａｐｈｅｎｅ[Ｊ].Ｎａｔ.Ｐｈｙｓ.ꎬ２００６ꎬ２(３):１７７￣１８０.[５]ＷＯＡＮＫꎬＰＹＲＧＩＯＴＡＫＩＳＧꎬＳＩＧＭＵＮＤＷ.Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｃａｒｂｏｎ￣ｎａｎｏｔｕｂｅ￣ＴｉＯ２ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].Ａｄｖ.Ｍａｔｅｒ.ꎬ２００９ꎬ２１(２１):２２３３￣２２３９.[６]ＹＡＯＹꎬＬＩＧＨꎬＣＩＳＴＯＮＳꎬｅｔａｌ..ＰｈｏｔｏｒｅａｃｔｉｖｅＴｉＯ２/ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ:ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ[Ｊ].Ｅｎｖｉ￣ｒｏｎ.Ｓｃｉ.Ｔｅｃｈｎｏｌ.ꎬ２００８ꎬ４２(１３):４９５２￣４９５７.１８２㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４０卷[７]ＬＯＮＧＹＺꎬＬＵＹꎬＨＵＡＮＧＹꎬｅｔａｌ..ＥｆｆｅｃｔｏｆＣ６０ｏｎｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆＴｉＯ２ｎａｎｏｒｏｄｓ[Ｊ].Ｊ.Ｐｈｙｓ.Ｃｈｅｍ.Ｃꎬ２００９ꎬ１１３(３１):１３８９９￣１３９０５.[８]ＷＡＮＧＷＤꎬＳＩＬＶＡＣＧꎬＦＡＲＩＡＪＬ.Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｃｈｒｏｍｏｔｒｏｐｅ２ＲｕｓｉｎｇｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＴｉＯ２/ａｃｔｉｖａｔｅｄ￣ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃａｔａｌｙｓｔｓ[Ｊ].Ａｐｐｌ.Ｃａｔａｌ.ＢＥｎｖｉｒｏｎ.ꎬ２００７ꎬ７０(１￣４):４７０￣４７８.[９]ＨＵＭＭＥＲＳＪＲＷＳꎬＯＦＦＥＭＡＮＲＥ.Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｉｔｉｃｏｘｉｄｅ[Ｊ].Ｊ.Ａｍ.Ｃｈｅｍ.Ｓｏｃ.ꎬ１９５８ꎬ８０(６):１３３９.[１０]ＢＡＬＡＣＨＡＮＤＲＡＮＵꎬＥＲＯＲＮＧ.Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅ[Ｊ].Ｊ.ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍ.ꎬ１９８２ꎬ４２(３):２７６￣２８２.[１１]ＫＩＭＳＷꎬＫＨＡＮＲꎬＫＩＭＴＪꎬｅｔａｌ..ＳｙｎｔｈｅｓｉｓꎬｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎꎬａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＺｒꎬＳｃｏ￣ｄｏｐｅｄＴｉＯ２ａｓｖｉｓｉｂｌｅ￣ｌｉｇｈｔａｃｔｉｖｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ[Ｊ].Ｂｕｌｌ.ＫｏｒｅａｎＣｈｅｍ.Ｓｏｃ.ꎬ２００８ꎬ２９(６):１２１７￣１２２３.[１２]ＰＥＲＥＲＡＳＤꎬＭＡＲＩＡＮＯＲＧꎬＶＵＫꎬｅｔａｌ..Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ￣ＴｉＯ２ｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｅｎｈａｎｃｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙ[Ｊ].ＡＣＳＣａｔａｌ.ꎬ２０１２ꎬ２(６):９４９￣９５６.[１３]ＫＡＭＡＴＰＶ.Ｇｒａｐｈｅｎｅ￣ｂａｓｅｄｎａｎｏａｓｓｅｍｂｌｉｅｓｆｏｒｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ[Ｊ].Ｊ.Ｐｈｙｓ.Ｃｈｅｍ.Ｌｅｔｔ.ꎬ２０１１ꎬ２(３):２４２￣２５１.陈越(１９９２－)ꎬ女ꎬ吉林省吉林市人ꎬ硕士研究生ꎬ２０１４年于北京交通大学获得学士学位ꎬ主要从事石墨烯及其复合材料的理论与应用方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:１４１２１５６４＠ｂｊｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎ何大伟(１９６０－)ꎬ男ꎬ北京人ꎬ博士ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ１９９８年于中国科学院长春物理研究所获得博士学位ꎬ主要从事复合发光的动力学㊁能量传递㊁瞬态光谱及发光材料和器件方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｄｗｈｅ＠ｂｊｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎ。

石墨烯复合材料的研究及其应用

石墨烯复合材料的研究及其应用任成，王小军，李永祥，王建龙，曹端林摘要：石墨烯因其独特的结构和性能，成为物理化学和材料学界的研究热点。

本文综述了石墨烯复合材料的结构和分类，主要包括石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯-聚合物复合材料和石墨烯-碳基材料复合材料。

并简述石墨烯复合材料在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。

关键词：石墨烯；复合材料；纳米粒子；含能材料Research and Application of Graphene compositesABSTRACT: Graphene has recently attracted much interest in physics,chemistry and material field due to its unique structure and properties. This paper reviews the structure and classification of graphene composites, mainly inclouding graphene-nanoparticles composites, graphene-polymer composites and graphene-carbonmaterials composites. And resume the application of graphene composites in the field of catalysis, electrochemistry, biological medicine and energetic materials.Keywords: graphene; composites; nanoparticles; energetic materials石墨烯自2004年曼彻斯特大学Geim[1-3]等成功制备出以来，因其独特的结构和性能，颇受物理化学和材料学界的重视。

水热合成法制备纳米TiO2催化剂及其催化性能的研究

水热合成法制备纳米TiO2催化剂及其催化性能的研究作者：孙振宇，朱鹏飞，牛笛，刘祎飞，韦宝杰，张丹，周慧中，卢丹阳，严九洲， SUN Zhen-yun，ZHU Peng-fei， NIU Di， LIU Yi-fei， WEI Bao-jie， ZHANG Dan， ZHOU Hui-zhong， LU Dan-yang， YAN Jiu-zhou作者单位：孙振宇,朱鹏飞,牛笛,刘祎飞,韦宝杰,周慧中,严九洲,SUN Zhen-yun,ZHU Peng-fei,NIU Di,LIU Yi-fei,WEI Bao-jie,ZHOU Hui-zhong,YAN Jiu-zhou(西南石油大学化学化工学院,四川成都,610500)，张丹,ZHANG Dan(西南石油大学理学院,四川成都,610500)，卢丹阳,LU Dan-yang(西南石油大学资源与环境学院,四川成都,610500)刊名：广州化工英文刊名：Guangzhou Chemical Industry年，卷(期)：2013,41(3)1.沈伟韧TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用[期刊论文]-化学进展 1998(04)2.李静谊TiO2/膨润土光催化降解有机污染物[期刊论文]-物理化学学报 2007(01)3.李晓平纳米TiO2光催化降解水中有机污染物的研究与发展 1999(03)4.陈金嫒高效二氧化钛/膨润土复合材料的制备及光催化性能研究[期刊论文]-化学学报 2003(08)5.PEILL N J;HOFFMANN M R Development and optimization of a TiO2-coated fiber-optic cable reactor:Photo-catalytic degradation of 4-chlorophnol 1995(12)6.谭惠掺铁-TiO2/膨润土复合光催化材料制备及性能[期刊论文]-吉林大学学报(地球科学版) 2007(01)7.严九洲测定空气阻力系数新方法 2012(02)8.Kukovecz A;Konya Z;Monter D UV-VIS Investigations on Co,Fe and Ni Incorporated into Sol-Gel SiO2-TiO2 Matrices 20019.Reddy E P;Davydov L;Smirniotis P G Characterization of Titania Loaded V-,Fe-,and Cr-Incorporated MCM-41 200210.Serpone N;Lawless D Spectroscopic,Photoconductivity,and Photocatalytic Studies of TiO2 Colloids 1994(10)本文链接：/Periodical_gzhg201303025.aspx。

tio2纳米材料的制备与表征

tio2纳米材料的制备与表征制备和表征二氧化钛（TiO2）纳米材料是一项重要的科学任务，由于其广泛的应用领域，包括光催化、太阳能电池、光电器件、光致发光、药物载体和生物成像等。

下面将介绍一种常用的制备和表征TiO2纳米材料的方法。

制备目前，制备TiO2纳米材料的主要方法包括化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法、水热法、微波等离子体化学方法等。

这里我们以水热法为例。

水热法是一种在高温高压条件下，利用水作为溶剂，使原料在其中发生化学反应并形成结晶的方法。

制备TiO2纳米材料的水热法通常包括以下步骤：1.将一定量的钛酸丁酯（Ti(OC4H9)4）和适量的硝酸（HNO3）溶液混合，搅拌均匀。

2.将上述混合液转移到高压反应釜中，密封后置于烘箱中加热至指定温度（通常为150-250℃）。

3.在该温度下保持一定时间（例如1-10小时），使钛酸丁酯和硝酸发生水热反应，生成二氧化钛（TiO2）纳米颗粒。

4.待反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，取出产物。

5.用去离子水冲洗产物，去除可能存在的杂质。

6.最后，将产物进行干燥，得到TiO2纳米材料。

表征为了确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料，以及其结构和形貌等性质，我们通常会使用一系列表征方法。

1.X射线衍射（XRD）：XRD可以用于确定材料的晶体结构和相组成。

通过对比标准PDF卡片，可以确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料。

2.扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）：SEM和TEM可以用于观察材料的形貌和尺寸。

通过这些方法，我们可以了解到制备得到的TiO2纳米材料的形状、大小以及分布情况。

3.光电子能谱（XPS）：XPS可以用于分析材料的化学组成和化学状态。

通过这种方法，我们可以确认制备得到的物质是否含有Ti、O元素，并得到它们的比例。

4.紫外-可见光谱（UV-Vis）：UV-Vis可以用于研究材料的电子结构和光学性质。

通过这种方法，我们可以得到制备得到的TiO2纳米材料的吸收边和带隙等信息。

一步法水热合成TiO2纳米线及其光催化性能

用溶胶．凝胶法首先制备出ＴＯ颗粒，用此颗粒与ＮＯｉ再ａＨ溶液在１０℃下水热反应１５０ｈ合成了ＴＯｉ：
纳米管；ｕＸ等以钛酸丁酯、二乙醇胺、无水乙醇和硝酸钕的乙醇溶液为原料，制备出Ｎ－ｉ：ｄＴＯ颗粒，将其煅烧后与ＮＯａＨ溶液在１０℃水热反应２得到ＴＯ纳米管．这些研究３４ｈｉ：
更高以及能高效回收等优点．目前，一维纳米材料的合成方法主要有模板法』、溶胶．胶法ｌ、热分凝＿３Ｊ
解法＿和水热法等．中，４其水热法在制备一维Ｔｉ纳米材料的方法中使用最为广泛．ＳｉＯｈ等用自制
的锐钛矿相ＴＯ与ＮＯｉａＨ溶液在１０ｑ下水热反应２到ＴＯ纳米管；ｎ５Ｃ４ｈ得ｉ：Ｗａｇ等用Ｐ５金红石２（
相与锐钛矿相质量比为１４：的混晶ＴＯ）ＮＯｉ：和ａＨ溶液在１０℃下水热反应２３４ｈ得到ＴＯ纳米管；ｉＺａｇｈｎ等用Ｐ５与ＮＯ２ａＨ溶液在１０℃下反应４得到Ｔ：８８ｈｉ纳米线．Ｏ可见，钛源前驱体、水热温度、水热反应时间及反应体系对产物的结构和形貌都有很大的影响．ｕ等以钛酸丁酯和乙醇为原料，Ｙ
所得ＴＯｉ：纳米线焙烧至９０ｏ５Ｃ时仍为锐钛矿相，明本文制备方法迟滞了ＴＯ纳米线由锐钛矿相向金红石说ｉ
相的转变．以甲基橙为目标降解物，采用紫外一见分光光度计研究了未掺杂和铕掺杂ＴＯ可ｉ纳米线（ｕＴＯ）Ｅ —ｉ的光催化性能．结果显示，最佳掺铕量（尔分数）１６．在３０Ｗ紫外灯照射６ｎ时，此摩为．％００ｍｉ掺铕量的ＴＯ纳米线对甲基橙溶液的降解率是未掺杂样品的１５．ｉ：．倍关键词ＴＯ纳米线；ｉ：钛酸丁酯；水热法；光催化活性

S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂制备及光催化分解水制氢的开题报告

S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂制备及光催化分解水制氢的开题报告题目：S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂制备及光催化分解水制氢摘要：本研究旨在制备一种S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂，并研究其光催化分解水制氢的性能。

首先，采用水热法制备TiO2纳米颗粒，然后通过化学还原法制备石墨烯氧化物（GO），并将其还原得到石墨烯（GR）。

接着，将S掺杂的TiO2和石墨烯混合制备成复合催化剂。

最后，使用紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术对催化剂进行表征，并测试其光催化分解水制氢的效率。

关键词：S掺杂TiO2、石墨烯、光催化、分解水、制氢一、研究背景分解水制氢是一种环保、可持续的能源获取方式，被广泛研究。

光催化分解水是其中一种方法，它利用光催化剂吸收太阳能并促进水的分解，产生氢气。

TiO2作为一种常用的光催化剂，由于其优良的光催化性能和可循环使用等特点，在分解水制氢中得到了广泛应用。

然而，TiO2也存在一些问题，例如其带隙宽度大、光吸收范围窄等。

为了提高TiO2的光催化性能，许多学者尝试利用掺杂和复合等方法改性TiO2。

石墨烯具有极高的电导率和表面积，可增强TiO2的光催化性能。

同时，S掺杂的TiO2具有更窄的带隙和更好的光吸收性能，可进一步提高光催化分解水制氢的效率。

因此，研究S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂在光催化分解水制氢中的应用具有重要意义。

二、研究目的本研究的目的是制备一种S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂，并研究其光催化分解水制氢的性能。

三、研究内容和方法3.1催化剂制备3.1.1制备TiO2纳米颗粒：采用水热法制备TiO2纳米颗粒。

3.1.2制备石墨烯氧化物（GO）：采用化学还原法制备石墨烯氧化物（GO）。

3.1.3制备石墨烯（GR）：将石墨烯氧化物还原得到石墨烯（GR）。

3.1.4制备S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂：将S掺杂的TiO2和石墨烯混合制备成复合催化剂。

水热合成法制备纳米TiO2催化剂及其催化性能的研究

水热合成法制备纳米TiO2催化剂及其催化性能的研究孙振宇;朱鹏飞;牛笛;刘祎飞;韦宝杰;张丹;周慧中;卢丹阳;严九洲【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2013(41)3【摘要】采用水热合成法制备纳米TiO2催化剂,并通过XRD、TEM、SEM、BET、UV-Vis漫反射光谱研究了TiO2的本征性质,以Cr(vⅥ)为目标污染物,考察纳米TiO2的光催化活性,并研究了煅烧温度,溶液pH对纳米TiO2催化剂光催化性能的影响.制备的纳米TiO2材料作为光催化剂光催化还原Cr(Ⅵ)离子,结果表明,TiO2-550还原Cr(Ⅵ)离子的光催化活件最好,随着pH降低,TiO2-550还原速率显著提高.【总页数】4页(P62-65)【作者】孙振宇;朱鹏飞;牛笛;刘祎飞;韦宝杰;张丹;周慧中;卢丹阳;严九洲【作者单位】西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学理学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学资源与环境学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】X703;O643.36【相关文献】1.铁氮共掺纳米TiO2粉末催化剂的制备及其光催化性能研究 [J], 黄赵洁;张宏华;邸文瑞;刘志明2.微波干燥法制备纳米TiO2光催化剂及其催化性能研究 [J], 殷蓉;李景印;刘瑞红;史龙月;郑惠;孔玮佳3.磁性纳米TiO2 /SiO2/Fe3O4光催化剂的制备及光催化性能研究 [J], 崔进;赵景联;李厚宝;刘云飞4.Fe3+掺杂纳米TiO2光催化剂的制备及其光催化性能研究 [J], 杨许召;王军;李刚森;张真真5.氮氟与铕共掺杂纳米TiO2催化剂的制备及可见光催化性能研究 [J], 李巍巍;周淑颖;汤国芳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

TiO_2_石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

第29卷第2期Vo l 129 No 12材料科学与工程学报Journal of M aterials Science &Engineering 总第130期Apr.2011文章编号:1673-2812(2011)02-0267-06TiO 2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能王昭1,毛峰1,黄祥平1,黄应平2,冯笙琴1,易佳1,张昌远1,刘栓2(1.三峡大学理学院,湖北宜昌 443002;2.三峡大学A lan G.M acDiar mid(艾伦#麦克德尔米德)再生能源研究所,湖北宜昌 443002)=摘要> 本文以氧化石墨烯和钛酸丁酯为原料,利用水热法一步制备了T iO 2/石墨烯复合光催化材料,研究了氧化石墨烯用量、反应温度、反应时间对TiO 2/石墨烯复合材料光催化活性的影响。

采用XRD,SEM,TEM 和氮气吸附-脱附实验(BET)对复合光催化材料的物相、颗粒粒径、形貌及比表面积进行了表征。

结果表明,本实验最佳条件是:氧化石墨烯1mg ,制备温度为180e ,反应时间为16h 。

产物中的T iO 2为锐钛矿晶型,其平均粒径约为18nm 。

复合材料的比表面积为170m 2/g ,平均孔径为12.45nm 。

在可见光照射(K >420nm )下以TiO 2/石墨烯为光催化剂对有机染料罗丹明B(Rhodam ine B,RhB)进行光催化降解,其光催化活性明显高于相同条件下制备的T iO 2。

=关键词> 石墨烯;水热法;T iO 2/石墨烯;光催化中图分类号:T B332 文献标识码:APreparation and Photocatalytic Activity of TiO 2/Graphene CompositesWANG Zhao 1,MAO Feng 1,HUANG Xing -ping 1,HUANG Ying -ping 2,FENG Sheng -qin 1,YI Jia 1,ZHANG C hang -yuan 1,LIU S huan 2(1.C ollege of Science,Three Gorges University,Yichang 443002,China;2.Alan G.MacDiarm id Research Institute for Renewable Energy,Three Gorges University,Yichang 443002,China)=Abstract > TiO 2/Graphene co mposites (TiO 2/GR)synthesized by one -step hydrother mol m ethod using graphene ox ide (GO)and tetra -n -buty l titanate.Influences of different dosag es of GO,reaction temperature and time on the pho to cataly tic activity of T iO 2/GR w ere studied.Cry stal structur e,particle size,m orpho logy and specific surface area of TiO 2/GR w ere characterized by X -ray diffracto metry (XRD),scanning electronmicro scopy (SEM ),transmission electro n microscopy (TEM )and Brum auer -Em mett -Tller (BET )analy sis.Results show that the optim um conditions for TiO 2/GR as fo llow s:dosage of GO,reactio n temper ature and tim e of the composites are 1m g,180e and 16h,r espectively.TiO 2in composites is anatase and average diameter is about 18nm.Specific surface ar ea o f the T iO 2/GR is 170m 2/g and aver ag e po re diameter is 12.45nm.Under visible lig ht (K >420nm),activity of photodeg radating RhB by T iO 2/GR is better than that of T iO 2obtained under the same conditions.=Key words > g raphene;hy dro thermo l method;T iO 2/Graphene;pho to cataly tic activities收稿日期:2010-05-04;修订日期:2010-08-27基金项目:国家自然科学基金资助项目(10975091),湖北省教育厅自然科学重大资助项目(2004Z002)作者简介:王昭(1984-),男,湖北随州人,硕士研究生。

石墨烯-TiO2复合材料的制备及其光催化性能研究概述

石墨烯/ TiO2复合材料的制备及其光催化性能研究概述石墨烯是一种新型的二维碳质材料，由于其特殊的性能，如：比表面积大，良好的导热性，室温电子迁移率高等，所以石墨烯及其复合材料在半导体，生物传感，能源储存，电容器和电池等领域有潜在的应用前景。

采用水热法制备了石墨烯/二氧化钛复合材料，通过控制反应条件制备了不同催化性能的样品。

通过XRD、SEM、Raman和UV-vis光谱仪等分析手段对样品进行了表征。

并测试了该催化剂在紫外光下对罗丹明B染料的催化性能，结果表明复合材料光催化性能和效率较单纯的二氧化钛均有所提高，当酸的浓度为0.25mol/L时，出现了金红石型和锐钛矿型混合晶型的复合催化剂，这种催化剂对染料的最终降解率高于其他类型催化剂。

1.1引言现代工业发展的脚步越来越快，与此同时也引起了许多关于生态和环境的问题。

环境污染已经成为阻碍社会经济发展的关键因素，解决各项环境问题迫在眉睫[1]。

光催化技术在环境治理领域具有重要的应用前景，在众多的催化剂中，二氧化钛是较为普遍使用的半导体光催化剂。

选用二氧化钛作为催化剂的优点主要有：（1）合适的半导体禁带宽度（3.0eV左右）；（2）光催化效率高。

导带和价带的电位具有很强的氧化—还原能力，可分解大部分的有机污染物；（3）化学稳定性好，具有很强的抗光腐蚀性；（4）价格便宜，无毒而且原料易得[2]。

但是普通未经处理的二氧化钛并没有理论期望的光催化效果，其中一个原因就是电子和空穴复合率高，实际发生催化反应的电子和空穴较少，本文通过石墨烯与二氧化钛复合，提高催化反应过程中电子传输速度，减少载流子复合，从而提高光催化效果。

1.2 基本理论1.2.1 光催化原理光催化效应是指，光催化剂在光的照射下，自身不发生变化，吸收光能后将其转化为化学能，从而促进化学反应的一种效应[3]。

光催化反应原理图如下：图1.1 光催化反应原理图当照射催化剂的光子能量高于其禁带宽度时，处于价带的电子吸收光子能量跃迁到导带，分别在价带和导带形成高活性的光生空穴和光生电子，即电子-空穴对。

一种水热制备光催化tio2的方法及光催化tio2

一种水热制备光催化TiO2的方法及光催化TiO2随着环境污染问题日益严重，光催化技术作为一种新型的污染治理技术受到了越来越多的关注。

TiO2作为一种重要的光催化材料，在环境治理中具有广阔的应用前景。

本文将介绍一种水热制备光催化TiO2的方法，并探讨其光催化性能及应用前景。

一、水热法制备TiO2材料的原理水热法是指在高温高压水溶液中溶解一定物质，然后在相应的温度、压力下析出晶体。

以水合氯化钛为原料，在水热条件下进行反应可以得到纳米级的TiO2材料。

该方法具有工艺简单、操作方便、反应过程中产生的副产物少等优点。

二、水热法制备TiO2材料的步骤1.溶液制备：将一定量的水合氯化钛溶解在水溶液中，并加入适量的碱溶液用于调节溶液的pH值。

2.水热反应：将上述溶液置于高温高压水环境中进行水热反应，控制反应时间和温度。

3.固-液分离：将反应得到的沉淀固-液分离，沉淀经过洗涤和干燥得到TiO2材料。

三、水热法制备TiO2材料的光催化性能通过SEM、XRD、UV-vis等测试手段对水热法制备的TiO2材料进行性能测试，结果表明，该材料具有较高的比表面积和结晶性，吸收范围广，能够吸收紫外光并产生光生电子-空穴对。

该材料在光催化分解有机废水、光催化降解有机污染物等方面展现出良好的活性。

四、水热法制备TiO2材料的应用前景水热法制备的TiO2材料具有制备工艺简单、成本低廉等优点，同时在光催化领域具有较高的活性，因此在废水处理、大气治理、光催化杀菌等方面具有广阔的应用前景。

另外，通过掺杂、复合等方法进一步改性可使其光催化性能得到提高，拓展其应用领域。

水热法制备的TiO2材料具有良好的光催化性能及广阔的应用前景，为环境治理提供了新的技术途径。

未来，我们可以进一步加强对水热制备方法的研究，提高TiO2材料的光催化性能，推动其在环境治理中的应用。

水热法制备TiO2材料已经被证明具有良好的光催化性能和广泛的应用前景。

然而，随着社会的发展和环境污染问题的日益严重，对于光催化TiO2材料的研究也在不断深入。

一种制备二氧化钛催化剂的方法

一种制备二氧化钛催化剂的方法二氧化钛（TiO2）催化剂在环境保护、能源转化和化学反应等领域具有广泛的应用前景。

本文将介绍一种制备二氧化钛催化剂的方法，该方法结合了溶胶-凝胶法和水热法，通过控制条件，可以得到具有优异催化性能的二氧化钛催化剂。

1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备二氧化钛催化剂的方法。

首先，将钛酸酯等钛源与有机溶剂混合，并加入适量的硝酸铵或氨水作为水解剂。

通过搅拌使得原料充分混合，形成均匀的溶胶体系。

接着，将溶胶放置在适当温度下进行水解和缩聚反应，形成凝胶。

最后，通过煅烧处理，去除有机物并形成晶体结构的二氧化钛。

2. 水热法水热法是制备二氧化钛催化剂的另一种有效方法。

该方法利用高温高压下的水热条件，通过控制反应时间和反应温度，可以制备出晶型和结构可控的二氧化钛催化剂。

首先，将钛源与水混合，并加入适量的碱性或酸性催化剂，调节反应体系的pH值。

接着，将混合溶液置于高温高压的反应容器中，在一定时间内进行反应。

最后，通过过滤、洗涤和干燥等步骤得到纯净的二氧化钛催化剂。

3. 溶胶-凝胶法和水热法的结合通过将溶胶-凝胶法和水热法结合起来，可以得到具有优异催化性能的二氧化钛催化剂。

首先，按照溶胶-凝胶法的步骤制备出初步的二氧化钛凝胶。

然后，将凝胶转移到高温高压的反应容器中，在水热条件下进一步处理。

这种方法可以使得二氧化钛的晶型更加均匀，提高催化剂的比表面积和晶格缺陷等级，从而增强催化剂的活性和稳定性。

4. 优异催化性能的原因该制备方法得到的二氧化钛催化剂具有优异的催化性能的原因主要有以下几点。

首先，溶胶-凝胶法能够控制催化剂的形貌和孔隙结构，使得二氧化钛具有较高的比表面积和孔隙体积，增加反应物与催化剂的接触面积。

其次，水热法可以调节催化剂的晶型和晶粒尺寸，进一步优化催化剂的晶格缺陷和结构稳定性。

最后，溶胶-凝胶法和水热法的结合使得二氧化钛催化剂具有更好的分散性和稳定性，延长了催化剂的使用寿命。

水热法合成在可见光照射下具有高催化活性的纳米TiO2催化剂

水热法合成在可见光照射下具有高催化活性的纳米TiO2催化剂唐培松;洪樟连;周时凤;樊先平;王民权【期刊名称】《催化学报》【年(卷),期】2004(25)12【摘要】以丙酮为溶剂,采用水热法在240 ℃合成了表面吸附有机物的纳米TiO2 粉体光催化剂,并采用XRD,TEM,UV-Vis和DRS等技术对催化剂进行了表征. 结果表明,合成的纳米TiO2催化剂在可见光激发下具有良好的光催化降解甲基橙的性能和较好的热稳定性. 经180,250和365 ℃热处理后,催化剂的晶型和尺寸没有变化,但催化剂表面吸附的有机物发生了明显变化. 催化剂表面吸附的有机物、可见光波段的光响应性能和可见光下催化降解甲基橙的效率之间存在良好的关联性,催化剂表面吸附适量的有机物可提高纳米TiO2催化剂在可见光波段的光响应性能,从而提高其在可见光照射下催化降解甲基橙的性能.【总页数】3页(P925-927)【作者】唐培松;洪樟连;周时凤;樊先平;王民权【作者单位】浙江大学材料与科学工程系,浙江杭州,310027;浙江大学材料与科学工程系,浙江杭州,310027;浙江大学材料与科学工程系,浙江杭州,310027;浙江大学材料与科学工程系,浙江杭州,310027;浙江大学材料与科学工程系,浙江杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】O643【相关文献】1.一步水热法合成具有高催化活性的介孔氢氧化铟纳米晶 [J], 李长玉;刘国超;刘守新2.可见光照射下具有增强光催化活性的Bi2WO6量子点-超薄纳米片(0D/2D)r同质结结构 [J], 徐晶晶;岳俊鹏;牛军峰;陈敏东;滕飞3.在氢气氧化反应中具有高催化活性的Pt修饰的Ni/C纳米催化剂 [J], 高孝麟;王昱飞;谢和平;刘涛;储伟4.具有高可见光催化活性的Ti3+和碳共掺杂改性的TiO2光催化剂 [J], 刘允昌;邢明阳;张金龙5.水热法合成多孔Ag2S敏化二氧化钛催化剂及其可见光催化活性 [J], ZHU Lei;MENG Zeda;TRISHA Ghosh;OH Won-Chun因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。