氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料的制备方法，采用氧化法制备石墨烯，然后用水热法制备TiO2纳米棒，采用水热法通过控制水热温度和时间，得到具有优异光催化性能的氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料。该制备方法简便易行，该复合材料相较于现有二氧化钛材料，具有优异的光催化性能，在光催化处理有机污染物领域具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化复合材料制备领域，特别涉及一种氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料的制备方法。
技术介绍
半导体TiO2光催化材料因其具有较高的光催化活性和无毒性而被广泛的研究，然而将其大规模应用于实际污染的治理还需要解决许多问题，其中就包括半导体TiO2光催化材料活性的提高。影响半导体TiO2光催化材料光催化活性的因素主要包括晶型、结晶度、晶体粒径、比表面积、形貌及孔结构等。异质结材料因具有特殊的能带结构和载流子特殊的输送性能，能够在反应中抑制光生电子-空穴复合，提高量子效率。通常我们借助一些助催化剂来防止空穴的复合，在半导体和助催化剂之间形成一种异质结并产生一个内部电场，它能够加速载流子的迁移和促进光生电子空穴队的分离。氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料的制备正是利用此原理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料的制备方法，提高量子效率,提高折光系数和稳定的物理化学性能,可以大规模应用于实际污染的治理，用以满足解决环境问题的要求。本专利技术的目的采取以下技术方案来实现。氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下：1）将浓硫酸、石墨粉、硝酸钠依次加入到烧杯中，将烧杯置于冰水浴中，磁力搅拌反应0.5—2h，形成混合液；2）向步骤1）产生的混合液中缓慢加入经研磨过的高锰酸钾固体粉末，并在冰水浴中继续搅拌1-6h； 3）升温至30-40℃，并持续搅拌0.5-2h，缓慢滴加30-50ml去离子水后，将烧杯转移至100℃的油浴中，保持5-30min取出；4）冷却至室温，依次加入50--100ml去离子水和10--20ml 30%的过氧化氢溶液，抽滤；5）用300--500ml HCl溶液过滤洗涤，将步骤4）产品用去离子水溶解后,放入离心机中离心至上清液pH值为中性；5）透析处理；6）将透析后的样品转移到干净的表面皿中，在30--80℃的条件下真空干燥烘干后，用玛瑙研钵研磨成粉末，即得固体氧化石墨烯；7）将上述固体氧化石墨烯加入到5--20ml去离子水和5--10ml乙醇的混合溶液中，超声0.5—1.5h；8）将TiO2纳米棒加入到上述混合溶液中，超声或搅拌2--4h，直至溶液混合均匀；9）将步骤8）形成的溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，100--140℃反应2-5h；10）冷却至室温后过滤，洗涤，40--80℃真空干燥，完成制备。优选地，所述步骤1）中的石墨粉与硝酸钠的比例为1︰4。优选地，所述步骤1）中的浓硫酸为16～20ml。优选地，所述步骤1）中的石墨粉为8000目。优选地，所述步骤5）中的离心机离心速率为8000r/min, 离心时间为7min。本专利技术通过采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯。以石墨粉为原料，以浓H2SO4和KMnO4为氧化剂，通过两步法，先制得氧化石墨，再通过超声分散制得氧化石墨烯。实验制得的氧化石墨烯具有单层结构，其表面含有大量的-OH、-COOH、C-O-C、C=O等含氧基团。含氧基团的存在，增强了氧化石墨烯在水溶液中的分散性，同时也为后期石墨烯基二氧化钛纳米复合材料的制备提供便利。它们均匀地和TiO2纳米棒结合在一起，较现有二氧化钛具有更好的光催化性能，采光和传质效率增大被广泛地用于制备半导体复合纳米材料，基于这些原因，把氧化石墨烯引入TiO2纳米棒中，用于提高他们的光催化活性，同时增加材料的稳定性，使该复合材料具有优良的光催化性能，从而制备出综合性能优越的光催化材料。本专利技术从复合材料的角度出发，将氧化石墨烯和TiO2纳米棒复合在一起，制备出复合光催化材料，具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能, 并且抗化学和光腐蚀、光催化活性较高。因此，该复合材料在光解水、杀菌和制备太阳能敏化电池等方面，特别是在环境保护方面，有着广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术二氧化钛纳米棒的SEM图；图2为本专利技术氧化石墨烯的SEM图；图3为本专利技术实施制得的产物在模拟太阳光下用于降解50ml 10PPm的玫瑰红溶液的降解曲线图。具体实施方式现结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。参见图1至图3，氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料的制备，其步骤如下：1）将18ml浓硫酸、500mg 石墨粉、2g硝酸钠依次加入到烧杯中，将烧杯置于冰水浴中，磁力搅拌反应1h，形成混合液；其中石墨粉为8000目；2）向步骤1）产生的混合液中缓慢加入3g经研磨过的高锰酸钾固体粉末，并保持在冰水浴中继续搅拌反应2h；3）升温至35℃，并持续搅拌1h，缓慢滴加40ml去离子水，将烧杯转移至100℃的油浴中，保持15min后取出；4）冷却至室温，依次加入70ml去离子水和12ml 30%的过氧化氢溶液，抽滤；5）用400ml HCl溶液过滤洗涤，将步骤4）产品用去离子水溶解后,放入离心机中，离心速率为8000r/min, 离心7min，离心至上清液pH值为中性；6）透析处理；7）将透析后的样品转移到干净的表面皿中，在40℃的条件下真空干燥烘干，用玛瑙研钵研磨成粉末，即得固体氧化石墨烯；8）将5mg上述固体氧化石墨烯加入到15ml去离子水和5ml乙醇的混合溶液中，超声1h；9）将0.5gTiO2纳米棒加入到上述混合溶液中，超声或搅拌2.5h，直至溶液混合均匀；10）将步骤9）形成的溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，120℃反应3h；11）冷却至室温后过滤，洗涤，60℃真空干燥。所得产物为氧化石墨烯片和TiO2纳米棒异质结材料，取50mg该产物在模拟太阳光下用于降解50ml 10PPm的玫瑰红溶液，60min后，降解率达99.53%。石墨烯有好的导电性，是激发电子的接受体，使激发电子转移到石墨烯的表面，从而抑制了光生电子和空穴的复合，提高了光催化效率。TiO2晶相之间形成的异质结对于提高光氧化活性来说非常重要。此外，由于石墨烯的不成对π电子和Ti原子的相互作用或者TiO2和石墨烯间的化学键作用，石墨烯与TiO2的杂合物的带隙减小这对于提高光氧化活性来说也是非常重要。本文档来自技高网...

【技术保护点】
氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下：1）将浓硫酸、石墨粉、硝酸钠依次加入到烧杯中，将烧杯置于冰水浴中，磁力搅拌反应0.5—2h，形成混合液；2）向步骤1）产生的混合液中缓慢加入经研磨过的高锰酸钾固体粉末，并在冰水浴中继续搅拌1‑6h；3）升温至30‑40℃，并持续搅拌0.5‑2h，缓慢滴加30‑50ml去离子水后，将烧杯转移至100℃的油浴中，保持5‑30min取出；4）冷却至室温，依次加入50‑‑100ml去离子水和10‑‑20ml 30%的过氧化氢溶液，抽滤；5）用300‑‑500ml HCl溶液过滤洗涤，将步骤4）产品用去离子水溶解后,放入离心机中离心至上清液pH值为中性；5）透析处理；6）将透析后的样品转移到干净的表面皿中，在30‑‑80℃的条件下真空干燥烘干后，用玛瑙研钵研磨成粉末，即得固体氧化石墨烯；7）将上述固体氧化石墨烯加入到5‑‑20ml去离子水和5‑‑10ml乙醇的混合溶液中，超声0.5—1.5h；8）将TiO2纳米棒加入到上述混合溶液中，超声或搅拌2‑‑4h，直至溶液混合均匀；9）将步骤8）形成的溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，100‑‑140℃反应2‑5h；10）冷却至室温后过滤，洗涤，40‑‑80℃真空干燥，完成制备。...

【技术特征摘要】
1.氧化石墨烯片和TiO2棒异质结材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下：1）将浓硫酸、石墨粉、硝酸钠依次加入到烧杯中，将烧杯置于冰水浴中，磁力搅拌反应0.5—2h，形成混合液；2）向步骤1）产生的混合液中缓慢加入经研磨过的高锰酸钾固体粉末，并在冰水浴中继续搅拌1-6h；3）升温至30-40℃，并持续搅拌0.5-2h，缓慢滴加30-50ml去离子水后，将烧杯转移至100℃的油浴中，保持5-30min取出；4）冷却至室温，依次加入50--100ml去离子水和10--20ml 30%的过氧化氢溶液，抽滤；5）用300--500ml HCl溶液过滤洗涤，将步骤4）产品用去离子水溶解后,放入离心机中离心至上清液pH值为中性；5）透析处理；6）将透析后的样品转移到干净的表面皿中，在30--80℃的条件下真空干燥烘干后，用玛瑙研钵研磨成粉末，即得固体氧化石墨烯；7）将上述固体氧化石墨烯加入到5--20ml去离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宇，郭若彬，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36