一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物及其制备方法和光催化应用技术

本发明专利技术涉及一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物及其制备方法及其光催化的应用，该方法包括(1)石墨烯‑金属纳米颗粒复合结构的制备：(2)锰酸镧的制备：(3)离子掺杂的锰酸镧与石墨烯复合物的制备等三个步骤，且通过对于锰酸镧的金属离子掺杂，使得该光触媒具有更好的光催化活性，且具有与石墨烯更好的界面关系，从而提高光催化效率。

Ion doping and graphene composite based on lanthanum manganate, preparation method and photocatalysis application thereof

The invention relates to an application of ion doping and graphene composite material and its preparation method and its photocatalytic chemistry based on the method, including (1) graphene metal nanoparticle composite structure were prepared: (2) lanthanum manganate preparation: (3) ion doped lanthanum manganite and graphene composites were prepared by three steps, and the metal ion doped lanthanum manganite, the photocatalytic activity is better, and has a relationship with the interface of graphene better, thus improving the photocatalytic efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物及其制备方法和光催化应用
本专利技术属于催化材料领域，特别涉及一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物及其制备方法及其光催化的应用。
技术介绍
光催化是现在研究的热点之一，光催化的催化剂也称之为光触媒，通过在光的作用下，光触媒可以将光能转化为化学能，进行一些化学反应，将一些有毒有害污染物进行分解。目前广泛使用的光催化剂是TiO2。当前TiO2作为光催化剂存在两个主要的缺点：一是只能吸收380nm以下的紫外光，从而不能够充分的利用太阳光；二是由于光生电子-空穴对容易在TiO2体内或表面复合，因此量子效率较低。对于其他光催化剂来说，除了量子效率，不少半导体还存在光化学稳定性不佳等问题。因此，如何扩展已有光催化剂对太阳光的吸收范围、提高光催化量子效率等问题，已经成为当前光催化领域的研究焦点。钙钛矿型复合氧化物(ABO3)作为光催化剂已被广泛研究，该类材料在热稳定性、化学稳定性和结构稳定性方面具有一定的优越性，其能带间隙通常小于3.0eV，在可见光范围内表现出良好的光催化活性。但是由于它的量子产率较低(约4％)、难负载等技术难题，阻碍了其在工业上广泛的应用。燕山大学在CN201210236098.1中公开了一种纳米钙钛矿/碳纳米管复合光催化剂，其是粒径为25～35nm的钙钛矿颗粒较均匀的包覆在直径为60nm左右的商用碳纳米管上的复合材料；其制备方法是将碳纳米管加入到无水乙醇中制成碳纳米管悬浮液，将烷基酚聚氧乙烯醚、硝酸盐和柠檬酸加入到碳纳米管悬浮液中，在水浴下70℃陈化至水分蒸发完全，最后经干燥、焙烧得到。随着石墨烯的发展，人们也逐渐慢慢注意到石墨烯与光触媒的复合，由于石墨烯具有良好的导电性，将石墨烯与钙钛矿型氧化物复合后，作为钙钛矿型氧化物的支撑材料，石墨烯能够起到电子传递通道的作用，这使其可以成为良好的电子或空穴传递的多功能材料，提高了钙钛矿型氧化物的电导率，降低了电子-空穴对的再复合率；同时使得钙钛矿型氧化物均匀的铺在石墨烯的表面，增大了催化剂的比表面积，因而提高了其催化活性。燕山大学继续在CN201410623631.9中公开了一种钙钛矿纳米棒/石墨烯复合材料及制备方法，，其是在石墨烯膜上均匀分布棒长为140～770nm，直径为70～90nm的钙钛矿纳米棒。该复合材料的制备方法主要是以石墨纸为阳极，碳棒为阴极，浓硫酸为电解液，进行氧化剥离，制备出薄层石墨烯材料；再将其制备成石墨烯悬浮液；将硝酸盐加入到石墨烯悬浮液中，使金属硝酸盐水解，辅助水热，最后经干燥、焙烧得到钙钛矿纳米棒/石墨烯复合材料。在学术论文上，也存在一些石墨烯-锰酸镧的复合结构，不过其制备工艺一般是采用将锰酸镧和石墨烯直接进行复合，不能获得基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题，研制出一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物及其制备方法及其光催化的应用，该方法简便，且通过对于锰酸镧的金属离子掺杂，使得该光触媒具有更好的光催化活性，且具有与石墨烯更好的界面关系，从而提高光催化效率。一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物的制备方法，包括如下步骤：(1)石墨烯-金属纳米颗粒复合结构的制备：石墨烯的制备方法为Hummers法，具体如下：称取1g石墨粉加入冰水浴中的圆底烧瓶,加入50mL98％浓H2SO4,缓慢添加3.5gKMnO4,搅拌5min后,移至25℃温水浴中,搅拌24h后,再次移至冰水浴中,缓慢加入200mL去离子水,搅拌10min后移出冰水浴,室温下滴加3mL30％H2O2；搅拌30min后,均量转移至离心管中离心去除上层清液,沉淀用稀盐酸离心清洗2遍,再用去离子水反复清洗至pH≈3～4,真空抽滤30min,真空烘箱50℃烘干；随后超声分散至PVP的水溶液中，浓度为0.03mg/mL；将金属前驱体加入至上述含有石墨烯的PVP水溶液中，金属离子的浓度为0.9-1.0mmol/L，随后快速加入硼氢化钠水溶液，搅拌1-3h，固液分离，烘干，获得石墨烯-金属纳米颗粒复合结构；(2)锰酸镧的制备：锰酸镧采用固相法、溶胶凝胶法中的任何一种制备所得；得到锰酸镧的粉末；(3)离子掺杂的锰酸镧与石墨烯复合物的制备：将石墨烯-金属纳米颗粒复合结构与锰酸镧粉末湿法球磨，充分混合，干燥，过筛，造粒，随后移入石墨模具中进行放电等离子快速烧结，5-10min升温至1000-1200℃，施压60-100MPa，保温5-10min，即可获得离子掺杂的锰酸镧与石墨烯复合物。作为优选，所述金属纳米颗粒是Co、Fe、Ni纳米颗粒。作为优选，所述金属前驱体为金属硝酸物，金属氯化物或金属硫酸物中的一种或几种。作为优选，所述金属纳米颗粒的粒径为1-80nm。作为优选，在步骤(3)中，5min升温至1100℃，施压80MPa，保温7min。一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物，采用上述的制备方法制备所得。一种上述的基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物在光催化上的应用。本专利技术相比于现有技术，具有如下的有益效果：本专利技术开创新的采用一条全新的设计思路来制备了基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物，相比于现有技术，其制备工艺较为简单，不需要各种复杂的设备和仪器，但是通过巧妙的将其串联在一起，可以制备出基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物，该复合物在光催化上有重要应用。所制备的复合物具有较强的界面性能，且具有离子掺杂效果。附图说明图1是实施例1中石墨烯及石墨烯-Co金属纳米颗粒复合结构的TEM图；图2是实施例1中基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物的TEM图；具体实施方式下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本专利技术。应理解，这些实施例只是为了举例说明本专利技术，而非以任何方式限制本专利技术的范围。实施例1：一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)石墨烯-Co金属纳米颗粒复合结构的制备：石墨烯的制备方法为Hummers法，具体如下：称取1g石墨粉加入冰水浴中的圆底烧瓶,加入50mL98％浓H2SO4,缓慢添加3.5gKMnO4,搅拌5min后,移至25℃温水浴中,搅拌24h后,再次移至冰水浴中,缓慢加入200mL去离子水,搅拌10min后移出冰水浴,室温下滴加3mL30％H2O2；搅拌30min后,均量转移至离心管中离心去除上层清液,沉淀用稀盐酸离心清洗2遍,再用去离子水反复清洗至pH≈3～4,真空抽滤30min,真空烘箱50℃烘干；随后超声分散至PVP的水溶液中，浓度为0.03mg/mL；将氯化钴加入至上述含有石墨烯的PVP水溶液中，金属离子的浓度为0.9-1.0mmol/L，随后快速加入硼氢化钠水溶液，搅拌1-3h，固液分离，烘干，获得石墨烯-钴金属纳米颗粒复合结构；(2)锰酸镧的制备：锰酸镧采用常规的固相法制备所得；得到锰酸镧的粉末；(3)离子掺杂的锰酸镧与石墨烯复合物的制备：将石墨烯-金属纳米颗粒复合结构与锰酸镧粉末湿法球磨，以锰酸镧为基准，石墨烯-钴金属纳米颗粒复合结构中的钴离子的摩尔比为0.01；充分混合，干燥，过筛，造粒，随后移入石墨模具中进行放电等离子快速烧结，5min升温至1100℃，施压80MPa，保温7min，即可获得钴离子掺杂的锰酸镧与石墨烯复合物。从说明书本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)石墨烯‑金属纳米颗粒复合结构的制备：石墨烯的制备方法为Hummers法，具体如下：称取1g石墨粉加入冰水浴中的圆底烧瓶,加入50mL 98％浓H

【技术特征摘要】
1.一种基于锰酸镧的离子掺杂及石墨烯复合物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)石墨烯-金属纳米颗粒复合结构的制备：石墨烯的制备方法为Hummers法，具体如下：称取1g石墨粉加入冰水浴中的圆底烧瓶,加入50mL98％浓H2SO4,缓慢添加3.5gKMnO4,搅拌5min后,移至25℃温水浴中,搅拌24h后,再次移至冰水浴中,缓慢加入200mL去离子水,搅拌10min后移出冰水浴,室温下滴加3mL30％H2O2；搅拌30min后,均量转移至离心管中离心去除上层清液,沉淀用稀盐酸离心清洗2遍,再用去离子水反复清洗至pH≈3～4,真空抽滤30min,真空烘箱50℃烘干；随后超声分散至PVP的水溶液中，浓度为0.03mg/mL；将金属前驱体加入至上述含有石墨烯的PVP水溶液中，金属离子的浓度为0.9-1.0mmol/L，随后快速加入硼氢化钠水溶液，搅拌1-3h，固液分离，烘干，获得石墨烯-金属纳米颗粒复合结构；(2)锰酸镧的制备：锰酸镧采用固相法、溶胶凝胶法中的任何一种制备所得；得到锰酸镧的粉末；(3)离子掺杂的锰酸镧与石墨烯复合物的制备：将石墨烯-金属纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恕广，李泰胧，
申请(专利权)人：烟台市烯能新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37