一种三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的制备方法，首先将TiCl4和钛酸四丁酯在有机溶剂中进行加热反应，得到三维海胆型TiO2；然后将所述三维海胆型TiO2与氧化石墨烯、硝酸银、还原剂和水混合，通过水热反应制备得到三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料。本发明专利技术提供的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料，比表面积高、电子‑空穴的复合率低、光响应范围宽，提高了太阳能利用率，能够应用于光催化、光降解或太阳能电池领域。

Three dimensional sea urchin type Ag/RGO/TiO2 composite material and preparation method and application thereof

The invention provides a preparation method of a three-dimensional sea urchin type Ag/RGO/TiO2 composite. First, TiCl4 and four butyl titanate are heated in an organic solvent to obtain a three-dimensional sea urchin type TiO2, and then the three dimensional sea urchin type TiO2 is mixed with graphene oxide, silver nitrate, reducing agent and water, and prepared by hydrothermal reaction. To three dimensional sea urchin type Ag/RGO/TiO2 composite. The three-dimensional sea urchin type Ag/RGO/TiO2 composite provided by the invention has high specific surface area, low recombination rate of electron holes and wide light response range, which can improve the utilization of solar energy and can be used in the field of photocatalysis, photodegradation or solar cells.

【技术实现步骤摘要】
一种三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及光催化材料
，特别涉及一种三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
在众多的半导体光催化氧化剂中，TiO2由于化学性质稳定、无毒、对有机物降解无选择性等优点，是当前最受重视和具有广阔应用前景的光催化剂。然而，由于TiO2存在很大的局限性，如：载流子容易复合和光的利用率低，阻碍了其光催化性能的提高。因此，改善TiO2材料的性能，如：增大材料的比表面积、增强材料对光的响应范围、提高电子迁移率及降低电子-空穴的复合率，进而提高太阳能利用率，有望扩大TiO2材料的应用范围。具有特殊形貌的三维海胆型TiO2具有大的比表面积和高的空隙率，在光催化方面能够有效地发挥大比表面积的优势，提高对污染物的吸附能力；且其表面的辐射结构能对太阳光起到散射的作用，提高了光的利用率。但TiO2对太阳光谱的吸收范围局限于紫外光区，且电子-空穴易复合，在实际应用中仍然受到很大限制。近些年来，学者们对TiO2材料进行了改性或修饰研究，如对TiO2材料进行稀土元素的修饰或贵金属纳米颗粒的负载，以期拓宽TiO2材料的光响应范围，降低激发态的电子-空穴复合。但是现有技术中改性或修饰后的TiO2材料仍然存在太阳能利用率低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料及其制备方法和应用，旨在提供一种太阳能利用率高的光催化材料，能够应用于光催化、光降解或太阳能电池领域中，为解决能源问题和环境问题做出贡献。本专利技术提供了一种三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将TiCl4和钛酸四丁酯在有机溶剂中进行加热反应，得到三维海胆型TiO2；(2)将所述步骤(1)得到的三维海胆型TiO2与氧化石墨烯、硝酸银、还原剂和水混合，进行水热反应，得到三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料。优选的，步骤(1)中所述TiCl4、钛酸四丁酯与有机溶剂的体积比为(0.8-1.2)∶(4.5～6)∶(30～40)。优选的，步骤(1)所述TiCl4以TiCl4水溶液形式与钛酸四丁酯和有机溶剂混合，所述TiCl4水溶液的浓度为10～50wt.％。优选的，所述步骤(1)具体是将TiCl4水溶液滴加到所述钛酸四丁酯与有机溶剂的混合溶液中。优选的，所述步骤(1)中反应温度为120～200℃，反应时间为10～22h。优选的，所述步骤(2)中三维海胆型TiO2与氧化石墨烯、硝酸银、还原剂和水的质量比为1∶(0.1～0.5)∶(1.2～1.5)∶(0.8～0.9)∶(25～35)。优选的，所述步骤(2)具体为：将氧化石墨烯与水混合，得到氧化石墨烯水分散液；将所述氧化石墨烯水分散液与所述步骤(1)得到的三维海胆型TiO2混合、分散，得到分散液1；将所述分散液1与硝酸银和还原剂混合、分散，得到分散液2，进行水热反应，得到三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料。优选的，所述步骤(2)中水热反应的温度为140～160℃，水热反应的时间为6～12h。本专利技术提供了上述技术方案所述方法制备得到的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料，包括三维海胆型TiO2、纳米银以及还原氧化石墨烯，所述三维海胆型TiO2为基体，所述纳米银沉积在所述三维海胆型TiO2基体表面，所述还原氧化石墨烯通过化学键与所述三维海胆型TiO2基体键合。本专利技术提供了上述技术方案所述的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料在光催化、光降解或太阳能电池领域的应用。本专利技术提供了一种三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的制备方法，首先将TiCl4、钛酸四丁酯与有机溶剂混合，加热进行反应，得到三维海胆型TiO2；然后将所述三维海胆型TiO2与氧化石墨烯、硝酸银、还原剂和水混合，通过水热反应制备得到三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料。本专利技术制备得到的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料，比表面积高、电子-空穴的复合率低、光响应范围宽，提高了太阳能利用率，能够应用于光催化、光降解或太阳能电池领域。本专利技术中还原氧化石墨烯(RGO)有利于提高复合材料的比表面积，复合材料的比表面积达390～420m2/g；同时RGO和纳米Ag优异的电导率能迅速地把激发到TiO2表面的电子转移到自身上，极大地提高了复合材料的电子迁移率，从而降低了复合材料的电子-空穴复合率；此外纳米Ag的等离子共振效应能够扩大复合材料在可见光范围的响应，且RGO独特的光学性能有利于使复合材料对太阳光谱的响应红移，提高光吸收范围至400～600nm，进而提高了太阳能利用率。附图说明图1为实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的扫描电镜(SEM)图；图2为实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的透射电镜(TEM)图；图3为实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的局部高倍透射电镜(TEM)图；图4为实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的单根纳米棒的高倍透射电镜(TEM)图；图5为实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的X射线衍射(XRD)图；图6为三维海胆型TiO2、三维海胆型TiO2/还原氧化石墨烯复合材料和实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的X射线衍射(XRD)图；图7为三维海胆型TiO2、氧化石墨烯、UTG复合材料和实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的红外光谱图；图8为实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的X射线光电子能谱分析(XPS)全谱图；图9为氧化石墨烯中的C1s的X射线光电子能谱分析(XPS)图；图10为实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料中的C1s的X射线光电子能谱分析(XPS)图；图11为实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料中的Ti2p的X射线光电子能谱分析(XPS)图；图12为实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料中的O1s的X射线光电子能谱分析(XPS)图；图13为实施例1制备的三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料中的Ag3d的X射线光电子能谱分析(XPS)图；图14不同样品对罗丹明(RhB)暗处理和光降解全过程曲线图：空白试验；(b)P25；(c)UT；(d)UTG；(e)UTG-Ag-3％；(f)UTG-Ag-5％；(g)UTG-Ag-7％；(h)UTG-Ag-9％；图15不同样品对罗丹明(RhB)在光照下光降解曲线图：a)空白试验；(b)P25；(c)UT；(d)UTG；(e)UTG-Ag-3％；(f)UTG-Ag-5％；(g)UTG-Ag-7％；(h)UTG-Ag-9％。具体实施方式本专利技术提供了一种三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将TiCl4和钛酸四丁酯在有机溶剂中进行加热反应，得到三维海胆型TiO2；(2)将所述步骤(1)得到的三维海胆型TiO2与氧化石墨烯、硝酸银、还原剂和水混合，进行水热反应，制备得到三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料。本专利技术将TiCl4和钛酸四丁酯在有机溶剂中进行加热反应，得到三维海胆型TiO2。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将TiCl4和钛酸四丁酯在有机溶剂中进行加热反应，得到三维海胆型TiO2；(2)将所述步骤(1)得到的三维海胆型TiO2与氧化石墨烯、硝酸银、还原剂和水混合，进行水热反应，得到三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将TiCl4和钛酸四丁酯在有机溶剂中进行加热反应，得到三维海胆型TiO2；(2)将所述步骤(1)得到的三维海胆型TiO2与氧化石墨烯、硝酸银、还原剂和水混合，进行水热反应，得到三维海胆型Ag/RGO/TiO2复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述TiCl4、钛酸四丁酯与有机溶剂的体积比为(0.8～1.2)∶(4.5～6)∶(30～40)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述TiCl4以TiCl4水溶液形式与钛酸四丁酯和有机溶剂混合，所述TiCl4水溶液的浓度为10～50wt.％。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体是将所述TiCl4水溶液滴加到钛酸四丁酯与有机溶剂的混合溶液中。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中反应温度为120～200℃，反应时间为10～22h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中三维海胆型TiO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：周艺，李丹丹，朱志平，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43