一种复合光催化剂GO@CexYbyO2、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种复合光催化剂GO@CexYbyO2、其制备方法及应用。所述复合光催化剂包括层状的氧化石墨烯和分布于所述氧化石墨烯上的CexYbyO2颗粒，其中所述CexYbyO2中x的取值范围为0<x<1，y的取值范围为0.01<y<1，且所述复合光催化剂的禁带宽度为3.16-2.85eV。所述复合光催化剂制备方法包括：将可溶性铈盐、可溶性镱盐溶解和碱性溶液混合搅拌至沉淀为亮黄色，得到混合液与氧化石墨烯悬浊液混合后水热反应。本发明专利技术的复合光催化剂采用氧化石墨烯修饰氧化铈制得复合光催化剂，能够使吸收光谱红移，增大了对太阳能的利用率，且制备过程简单，制得还原产物甲醇的产率较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光催化剂，特别涉及一种复合光催化剂GOCexYbyO2、其制备方法及应用，属于光催化

技术介绍
近年来，利用太阳能光催化还原二氧化碳为有机燃料小分子已经成为研究的热点。TiO2是一种常见的光催化剂，可以将CO2光催化还原为有机燃料分子。但是TiO2只能吸收紫外光，因此对太阳能的利用率较低。CeO2是一种稀土金属元素氧化物半导体材料，其晶格氧离子容易缺失，导致CeO2晶体中的电子浓度较高，容易形成Ce3+。这种独特的性质使得氧化铈的能带结构更易调控，因此该半导体材料与TiO2相比具有更高的太阳能利用率，更快的电子转移速率，更低的空穴/电子复合率，更高的光催化活性。然而，纯CeO2的带隙比较大，对太阳能中的可见光利用率十分有限，因此有必要对其进行改性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种复合光催化剂GOCexYbyO2、其制备方法及应用。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：在一些实施例中提供了一种复合光催化剂，所述复合光催化剂包括层状的氧化石墨烯和分布于所述氧化石墨烯表面的CexYbyO2颗粒，其中所述CexYbyO2中x的取值范围为0<x<1，y的取值范围为0.01<y<1，且所述复合光催化剂的禁带宽度为3.16-2.85eV。在一些实施例中提供了一种上述的复合光催化剂的制备方法包括：将可溶性铈盐、可溶性镱盐溶解和碱性溶液混合搅拌至沉淀为亮黄色，得到混合液与氧化石墨烯悬浊液混合后于160-180℃下水热反应8-6h，制得所述复合光催化剂。在一些实施例中提供了上述的复合光催化材料于光催化二氧化碳为甲醇中的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：(1)本专利技术的复合光催化剂，包括层状的氧化石墨烯和分布于所述氧化石墨烯表面的CexYbyO2颗粒，所述CexYbyO2颗粒的禁带宽度为3.16-2.97eV，复合氧化石墨烯之后，所述复合光催化剂的禁带宽度进一步减小为2.85eV，导致吸收光谱红移，增大了对太阳能的利用率，且氧化石墨烯的加入进一步加速了光催化反应过程中光生电子和光生空穴对的分离，提高光催化还原二氧化碳为甲醇的产率。(2)本专利技术的复合光催化剂的制备方法，采用氧化石墨烯悬浊液代替传统的贵金属，节约了成本，且光催化剂制备过程简单，制得光催化剂对光催化还原二氧化碳为甲醇的选择性较高。附图说明图1是本专利技术一较为具体的实施例中的反应机理图；图2a是本专利技术实施例1中氧化石墨烯的透射电镜图，图2b-图2d是本专利技术实施例1中不同尺度下氧化石墨烯复合镱掺杂氧化铈材料(GOCexYbyO2)的透射电镜图；图3是本专利技术实施例1中氧化铈(CeO2)、镱掺杂氧化铈材料(CexYbyO2)和氧化石墨烯复合镱掺杂氧化铈材料(GOCexYbyO2)的拉曼图谱；图4是本专利技术实施例1中氧化铈(CeO2)、镱掺杂氧化铈材料(CexYbyO2)和氧化石墨烯复合镱掺杂氧化铈材料(GOCexYbyO2)的漫反射光谱图；图5是本专利技术实施例2中氧化石墨烯复合镱掺杂氧化铈材料(GOCexYbyO2)的XPS宽扫描谱图；图6是本专利技术实施例2中氧化铈(CeO2)、镱掺杂氧化铈材料(CexYbyO2)和氧化石墨烯复合镱掺杂氧化铈材料(GOCexYbyO2)的X射线衍射谱图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术的原理如图1所示，当CexYbyO2吸收光能量后激发光生电子，光生电子将碳酸氢钠溶液中释放的二氧化碳还原为甲醇，CexYbyO2吸收光能量后留下的光生空穴被溶液中的亚硫酸根离子吸收，转化为硫酸根离子。在一些实施例中提供了一种复合光催化剂，所述复合光催化剂包括层状的氧化石墨烯和分布于所述氧化石墨烯表面的CexYbyO2颗粒，其中所述CexYbyO2中x的取值范围为0<x<1，y的取值范围为0.01<y<1，且所述复合光催化剂的禁带宽度为3.16-2.85eV。较为优选的，所述氧化石墨烯于所述复合光催化剂中的含量为0.0-5.0wt％。较为优选的，所述CexYbyO2的禁带宽度为3.16-2.85eV。较为优选的，所述CexYbyO2的粒子直径为3.4-5.2nm。和/或，所述复合光催化材料的粒子直径为5-8nm。在一些实施例中提供了一种上述的复合光催化剂的制备方法包括：将可溶性铈盐、可溶性镱盐溶解和碱性溶液混合搅拌至沉淀为亮黄色，得到混合液与氧化石墨烯悬浊液混合后于160-180℃下水热反应8-6h，制得所述复合光催化剂。较为优选的，所述可溶性铈盐、可溶性镱盐和氧化石墨烯的质量比为1：0.012：0.022。较为优选的，所述可溶性铈盐包括硝酸铈、氯化铈或硫酸铈中的任意一种或两种以上组合。较为优选的，所述可溶性镱盐包括硝酸镱、氯化镱中的任意一种或两种以上组合。较为优选的，所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾中的任意一种或两种以上组合。较为优选的，所述氧化石墨烯悬浊液的pH值大于10。较为优选的，所述混合溶液的pH值大于10。在一些实施例中提供了上述的复合光催化材料于光催化二氧化碳为甲醇中的应用。以下结合附图和实施例对本专利技术的技术作进一步的解释说明。实施例1(1)氧化石墨烯制备：采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO)。将2.0g石墨(99.85％，中国上海试剂总厂)与1.0g硝酸钠放入500ml烧杯中，加入50ml浓硫酸，在冰浴条件下缓慢加入6.0g高锰酸钾，搅拌反应2h，然后升温至35℃后继续搅拌2h，接着缓慢加入200ml的去离子水，持续搅拌20min，再加入20ml5％的双氧水，中和未反应的高锰酸钾，至溶液变成亮黄色后，继续在室温下搅拌2h。将反应体系静置沉淀，倒出上清液，将下层沉淀进行过滤，用5％HCl洗涤至少3次，再用2000ml蒸馏水分多次洗涤。将产物在60℃真空干燥箱中干燥6h即得GO。如图2a所示，从图中可以清晰的观察到氧化石墨烯的二维片状结构。(2)GOCexYbyO2的制备：称取质量为0.020g的GO于20ml去离子水中，搅拌2h，超声震荡3h，得到均一稳定的GO悬浊液。依次准确称取CeCl3·7H2O(0.8660g,2.3mmol)和Yb(NO3)3·5H2O(0.0110g,0.024mmol)溶解于20mL超纯水中搅拌至完全溶解，向溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合光催化材料，其特征在于：所述复合光催化剂包括层状的氧化石墨烯和分布于所述氧化石墨烯表面的CexYbyO2颗粒，其中所述CexYbyO2中x的取值范围为0<x<1，y的取值范围为0.01<y<1，且所述复合光催化剂的禁带宽度为3.16‑2.85eV。

【技术特征摘要】
1.一种复合光催化材料，其特征在于：所述复合光催化剂包括层状的氧化石墨烯和分
布于所述氧化石墨烯表面的CexYbyO2颗粒，其中所述CexYbyO2中x的取值范围为0<x<1，y的取
值范围为0.01<y<1，且所述复合光催化剂的禁带宽度为3.16-2.85eV。
2.根据权利要求1所述的复合光催化材料，其特征在于：所述氧化石墨烯于所述复合光
催化剂中的含量为0.0-5.0wt％。
3.根据权利要求1所述的复合光催化材料，其特征在于：所述CexYbyO2的禁带宽度为
3.16-2.97eV。
4.根据权利要求1所述的复合光催化材料，其特征在于：所述CexYbyO2的粒子直径为
3.4-5.2nm，
和/或，所述复合光催化材料的粒子直径为5-8nm。
5.一种由权利要求1-4任一项所述的复合光催化材料的制备方法，其特征在于包括：将
可溶性铈盐、可溶性镱盐溶解和碱性溶液混合搅拌至沉淀为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘守清，时圣杰，周姗姗，
申请(专利权)人：苏州科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32