一种磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法技术

一种磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法，涉及一种三元异质结光催化剂的制备方法。本发明专利技术为了解决现有多组分异质结制备过程繁琐和耗时的问题。制备方法：将氧化石墨烯超声分散于乙醇和水的混合溶剂中得到氧化石墨烯分散液，将十六烷基三甲基溴化铵加入到氧化石墨烯分散液中，依次加入NaOH和Co(NO3)·6H2O得到混合溶液，在反应釜中反应得到反应物，进行离心分离取沉淀，将沉淀洗涤和干燥。该方法能够制备得到最高含有25wt％还原氧化石墨烯的光催化剂，极大地节约了时间，催化活性优于现有的钴基催化剂，制备的光催化剂可以回收。本发明专利技术适用于制备光催化剂。

Preparation of a magnetic four oxidation three cobalt / cobalt hydroxide / reductive graphene oxide three element heterojunction photocatalyst

The preparation method of magnetic four oxidation three cobalt / cobalt hydroxide / reduced graphene oxide three element heterojunction photocatalyst relates to a preparation method of three element heterojunction photocatalyst. The present invention is designed to solve the complicated and time-consuming problems of the existing multi - component heterojunction preparation process. Preparation method: obtain graphene oxide dispersion of graphene oxide by mixed solvent dispersed in ethanol and water, sixteen alkyl three methyl bromide is added to the graphene oxide dispersion, followed by adding NaOH and Co (NO3) 6H2O mixed solution, obtained the reaction in the reactor., centrifugal separation from precipitation, the precipitation of washing and drying. This method can prepare the highest photocatalyst containing 25wt% reduced graphene oxide, which greatly saves time and the catalytic activity is better than the existing cobalt based catalyst. The photocatalyst prepared can be recovered. The invention is suitable for the preparation of photocatalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种三元异质结光催化剂的制备方法。
技术介绍
光催化技术利用半导体材料将太阳能转化为化学能，是一个充满活力和具有应用前景的研究领域，被认为是解决目前日益严重的能源和环境问题的理想途径之一。光催化剂是光催化反应的主体，目前面临的关键问题是急需在光催化剂的设计、制备理论上取得突破，设计并制备新型、高效、可回收再利用的可见光催化剂，使其满足实际应用的需要。近年来，很多课题组都在关注多组分异质结光催化剂，整合能级匹配的半导体材料与电子传输体形成异质结，充分利用每种组分自身的优势，有效拓宽催化剂的太阳光吸收范围，提高光生电子-空穴对的分离，并抑制其复合过程，进而提高其光催化活性。目前，制备的多组分异质结主要是以贵金属为电子传输体，例如，CdS/Au/TiO2纳米棒、AgBr/Ag/Bi2WO6微米花、H2WO4·H2O/Ag/AgCl纳米片或AgI/Ag/AgBr粒子等，2011年新南威尔士大学的Amal课题组首次报道成功制备了以石墨烯为电子传输体的多组分异质结，并获得了非常优异的光催化分解水性能。其制备过程需要三步来完成，首先分别制备SrTiO3:Rh和BiVO4光催化剂，接着将氧化石墨烯(GO)与SrTiO3:Rh和BiVO4混合，光还原GO，整个制备过程耗时60h。到目前为止，基于石墨烯多组分异质结的报道较少，而且制备方法单一、制备过程非常繁琐，一般要经过三步处理才能获得，反应条件苛刻、耗时，无法满足实际应用的需要。因此，发展一种简单、绿色的方法制备基于石墨烯的多组分异质结光催化剂是非常有意义的，具有十分广阔的实际应用前景。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有多组分异质结制备过程繁琐和耗时的问题，提出了一种磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法。本专利技术磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法按照以下步骤进行的：将氧化石墨烯超声分散于乙醇和水的混合溶剂中得到氧化石墨烯分散液，然后将十六烷基三甲基溴化铵加入到氧化石墨烯分散液中并搅拌均匀，然后依次加入NaOH和Co(NO3)·6H2O并搅拌0.5～2h，得到混合溶液，然后将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，在150～170℃下反应3～5h，得到反应物，最后将得到的反应物进行离心分离取沉淀，将沉淀洗涤和干燥，即得到光催化剂；所述乙醇和水的混合溶剂中水和乙醇的质量比为1：(4～6)；所述氧化石墨烯的质量与乙醇和水的混合溶剂的体积比为(0.0012～0.125)g：(40～100)mL；所述氧化石墨烯与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:(1.6～400)；所述Co(NO3)·6H2O与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:(0.1～10)；所述NaOH与Co(NO3)·6H2O的质量比为1:(1～3)；本专利技术具备以下有益效果：1、本专利技术方法能够制备得到最高含有25wt％还原氧化石墨烯的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂，还原氧化石墨烯的含量可以在制备该催化剂过程中通过氧化石墨烯的加入量实现调节；2、本专利技术首次提供了一种简单、绿色的水热法一步制备磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂，该催化剂中的还原氧化石墨烯对异质结的形成起着至关重要的作用，原理为：当采用金属盐为水热反应原料时，随水热反应温度的升高和体系压力的不断增大，金属离子发生水合和水解反应，生成金属离子的羟基配合物，在该体系中，钴离子的水解反应式如下：在水热反应过程中，部分Co2+的羟基配合物[Co(OH)n]2-n被氧化成Co3+的羟基配合物[Co(OH)n]3-n，其反应式如下：Co(NO3)·6H2O在高压水热过程中，钴离子的水合物通过(1)和(2)反应形成四配位的[Co(OH)4]2-和六配位的[Co(OH)6]3-，由于石墨烯的引入导致[Co(OH)4]2-和[Co(OH)6]3-的物质的量比>1:2，其中，物质的量比为1:2的[Co(OH)4]2-和[Co(OH)6]3-通过缩聚反应生成Co3O4，剩余的[Co(OH)4]2-生成Co(OH)2，因此该体系能够一步获得Co3O4/Co(OH)2/RGO异质结；3、本专利技术磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备只需约4h即可完成，与现有技术中制备过程耗时60h相比，极大地节约了时间；4、本专利技术制备的三元异质结光催化剂在可见光激发下，在1h内对刚果红的降解效率可以达到90％，现有的Co(OH)2在1h内对刚果红的降解效率为15％，现有的Co3O4在1h内对刚果红的降解效率为17％，说明本专利技术制备的三元异质结光催化剂的催化活性优于现有的钴基催化剂；5、本专利技术制备磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的过程中使用了无毒且环境友好的乙醇和水作溶剂，Co(NO3)·6H2O和氧化石墨烯作原料，不产生有害的副产物及污染，属于绿色合成；6、本专利技术制备的三元异质结光催化剂利用外加磁场可实现回收再利用。附图说明图1为含有6wt％还原氧化石墨烯的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂放大480倍的TEM图片；图2为含有6wt％还原氧化石墨烯的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂放大34000倍HRTEM图片；图3为高度结晶的Co3O4、分别含有4wt％、6wt％和8wt％的还原氧化石墨烯的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的XRD图；其中，曲线1～4依次对应的是含有8wt％、6wt％、4wt％的还原氧化石墨烯的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂和高度结晶的Co3O4；图4为氧化石墨烯和含有6wt％的还原氧化石墨烯的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的Raman光谱；其中，曲线1对应的是含有6wt％的还原氧化石墨烯的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂，曲线2对应的是氧化石墨烯；图5为6wt％的还原氧化石墨烯的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂利用外加磁场实现回收的图片；图片中1为回收前的催化剂，2为回收后的催化剂，3为磁铁；图6为光催化降解刚果红的降解效率图；其中，曲线1对应的是刚果红自降解曲线，曲线2对应的是Co(OH)2光催化降解刚果红的降解效率曲线，曲线3对应的是Co3O4光催化降解刚果红的降解效率曲线，曲线4对应的是含有4wt％的还原氧化石墨烯的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂光催化降解刚果红的降解效率曲线，曲线5对应的是8wt％的还原氧化石墨烯的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂光催化降解刚果红的降解效率曲线，曲线6对应的是6wt％的还原氧化石墨烯的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂光催化降解刚果红的降解效率曲线；具体实施方式：本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。具体实施方式一：本实施方式磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行的：将氧化石墨烯超声分散于乙醇和水的混合溶剂中得到氧化石墨烯分散液，然后将十六烷基三甲基溴化铵加入到氧化石墨烯分散液中并搅拌均匀，然后依次加入NaOH和Co(NO3)·6H2O并搅拌0.5～2h，得到混合溶液，然后将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，在150～170℃下反应3～5h，得到反应物，最后将得到的反应物进行离心分离取沉淀，将沉淀洗涤和干燥，即得到光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行的：将氧化石墨烯超声分散于乙醇和水的混合溶剂中得到氧化石墨烯分散液，然后将十六烷基三甲基溴化铵加入到氧化石墨烯分散液中并搅拌均匀，然后依次加入NaOH和Co(NO3)·6H2O并搅拌0.5～2h，得到混合溶液，然后将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，在150～170℃下反应3～5h，得到反应物，最后将得到的反应物进行离心分离取沉淀，将沉淀洗涤和干燥，即得到光催化剂。2.根据权利要求1所述的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/还原氧化石墨烯三元异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：所述乙醇和水的混合溶剂中水和乙醇的质量比为1：(4～6)。3.根据权利要求1所述的磁性四氧化三钴/氢氧化钴/...

【专利技术属性】
技术研发人员：于洪文，李海彦，
申请(专利权)人：中国科学院东北地理与农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23