一种稀土离子掺杂石墨烯/二氧化钛复合材料及其制备的方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土离子掺杂石墨烯/二氧化钛复合材料,其制备方法为：首先将稀土离子经高速掺入石墨烯片层内制取稀土离子掺杂石墨烯；然后取无水乙醇和冰醋酸的混合溶液与钛酸四丁酯混合记为A液；将无水乙醇、去离子水和浓盐酸搅拌均匀使得溶液PH＜3，再加入稀土离子掺杂石墨烯，并经水浴超声震荡冷却记为B液；将A与B液混合反应，静置陈化后获得凝胶，再将凝胶经烘干、研磨、煅烧处理即得稀土离子掺杂在石墨烯/二氧化钛复合材料粉末。因稀土离子掺入石墨烯片层之间使石墨烯的导电性能发生显著的变化，三者协同效应，大大提高二氧化钛的光催化能力。钛的光催化能力。

【技术实现步骤摘要】
一种稀土离子掺杂石墨烯/二氧化钛复合材料及其制备的方法


[0001]本专利技术涉及二氧化钛改性
，具体涉及一种稀土离子掺杂在石墨烯片层之间制备改性二氧化钛的方法。。

技术介绍

[0002]近年来，由于工业发展及人类生活的影响，环境恶化、碳排放不断增加和累积已成为社会关注的热点问题。传统的处理方法难以消除高稳定性污染，如饮用水中微量污染有机物、持久性污染物、内分泌干扰物和空气中挥发性有机物，可以开发基于半导体的光催化材料来缓解和去除空气和水中极少量污染物。二氧化钛作为一种众所周知的光催化材料，因其具有强大的光催化活性、高光稳定性、廉价无毒、优越的氧化还原能力、可重复利用、结构简单、操作容易控制等优点而被广泛用于环境污染物消除。但是T iO2作为光催化剂，其禁带宽度大，光吸收波长范围狭窄，主要在紫外区，利用太阳光的比例低，仅占4％～6％左右；T iO2半导体载流子的复合率很高，光生电子空穴对易复合，导致光催化反应的量子效率低，光催化反应速率低。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术的不足，本专利技术将稀土离子掺杂在石墨烯片层之间再复合制备改性二氧化钛，进而提高光催化反应效率，更大程度上提高二氧化钛的光催化能力。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种稀土离子掺杂在石墨烯/二氧化钛复合材料及其制备方法，包括以下步骤：
[0005]A.将稀土元素的原子电离成离子，在几十至几百千伏的电压下进行加速，在获得较高速度后射入放在真空靶室中的石墨烯粉体表面，得到稀土离子石墨烯，石墨烯粉体材料经离子注入后，因稀土离子注入速度较高，能破坏石墨烯片层之间的范德华力，掺入石墨烯片层之间，使石墨烯的导电性能发生显著的变化；
[0006]B.室温下，先量取无水乙醇，并用移液管移取冰醋酸，搅拌均匀，最后量取钛酸四丁酯一起混合均匀，记为A液；
[0007]C.室温下，量取无水乙醇，加入去离子水，并滴加几滴浓盐酸，搅拌均匀使得溶液PH＜3，再加入一定质量的稀土离子石墨烯，并在一定温度下水浴进行超声震荡若干时间，冷却后所得溶液记为B液；
[0008]D.将A液进行磁力搅拌一段时间，再把B液在一段时间匀速滴入A液中，滴加完毕后继续反应一段时间，停止搅拌，所得混合溶液静置陈化若干时间，获得稀土离子掺杂石墨烯/二氧化钛复合材料凝胶；
[0009]E.将上述凝胶经烘干、研磨、煅烧处理，即得稀土离子掺杂在石墨烯/二氧化钛复合材料粉末。
[0010]优选地，所述稀土元素为铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇重稀土。
[0011]优选地，所述步骤B中各组分比例为：V(无水乙醇):V(冰醋酸)：M(钛酸四丁酯)＝(1
‑
2)mL:(1
‑
2)mL:(2
‑
4)mL。
[0012]优选地，所述步骤C中，各组分比例为：V(无水乙醇)：M(稀土离子石墨烯)＝(1
‑
2)mL:(5
‑
10)g。
[0013]优选地，所述步骤C中超声震荡，步骤D中磁力搅拌时间、B液滴入A液时间、B液与A液滴入后反应时间控制在30mi n～5h内。
[0014]优选地，所述步骤C中的水浴温度为30℃～100℃。
[0015]优选地，所述步骤D中，所述A液与B液的质量比为1：1～1:3。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]1)传统的掺杂方式仅使用溶液中的稀土离子与石墨烯机械复合，难以克服石墨烯片层之间的范德华力，不能全部进入石墨烯片层之间，因而不能获得优良的导电性能和光催化效果；本申请的技术方案将稀土离子注入速度较高，破坏石墨烯片层之间的范德华力，掺入石墨烯片层之间，使石墨烯的导电性能发生显著的变化。
[0018]2)石墨烯由于其独特的二维结构、高比表面积、良好的电子传输能力以及灵活的化学功能化特性，石墨烯加入材料中可加速光催化反应中光生载流子的迁移，抑制光生电子和光生空穴的复合。
[0019]3)因稀土离子掺入石墨烯片层之间使石墨烯的导电性能发生显著的变化，将稀土离子掺杂石墨烯后与二氧化钛复合，三者协同效应，能显著降低禁带宽度，提高光催化反应效率，更大程度上提高二氧化钛的光催化能力。
具体实施方式
[0020]下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明，并非用于限定本专利技术的范围。
[0021]实施例1
[0022]A.将稀土钬元素的原子电离成离子，并使其在六百千伏的电压下进行加速，在获得较高速度后射入放在真空靶室中的石墨烯粉体表面；石墨烯粉体材料经钬离子注入后，因钬离子注入速度较高，能破坏石墨烯片层之间的范德华力，掺入石墨烯片层之间，使石墨烯的导电性能发生显著的变化；
[0023]B.室温下，先量取32.00mL无水乙醇，并用移液管移入32.00mL冰醋酸，搅拌均匀，最后量取64.00mL钛酸四丁酯与上述溶液混合均匀，记为A液；
[0024]C.室温下，量取32.00mL无水乙醇，加入一定的去离子水，并滴加数滴浓盐酸，搅拌均匀使得溶液ph＜3，称量160g的稀土离子掺杂石墨烯加入该溶液，并在60℃的水浴下进行超声震荡1h，冷却后所得溶液记为B液；
[0025]D.将A液进行磁力搅拌，在30mi n内把B液匀速滴入A液中，滴加完毕后继续反应1h，停止搅拌,将混合溶液静置陈化12h，获得钬离子掺杂石墨烯复合二氧化钛凝胶；
[0026]E.上述凝胶经烘干、研磨、煅烧处理得到钬离子掺杂在石墨烯/二氧化钛复合材料粉末。
[0027]实施例2
[0028]参照实施例1，将步骤A中的稀土钬元素分别替换成轻稀土镧、铕和重稀土镱、钇进行溅射石墨烯粉体表面，并制备不同稀土离子掺杂在石墨烯/二氧化钛复合材料粉末。
[0029]实施例3
[0030]参照实施例1，与实施例2不同的是石墨烯未经步骤A溅射钬离子，而是直接通过步骤B、C、D、E制备石墨烯/二氧化钛复合材料粉末。
[0031]实施例4
[0032]参照实施例1，与实施例不同的是，制备过程未加入石墨烯，而是直接制备二氧化钛粉末。
[0033]数据表征
[0034]准确移取一定量的0.1g/mL甲基橙溶液,在紫外可见分光光度计上扫描绘制吸收曲线。
[0035]准确移取多份的0.1g/mL的甲基橙溶液100mL，分别与各实施例的样品混合，混合比例为V(甲基橙溶液)：M(样品粉末)＝10mL:1g,悬浮液于1L容量瓶中,用蒸馏水稀释定容摇匀得混合液，待测。
[0036]采用圆柱形电光源作为光化学反应器，中心光源采用300W中压灯,冷阱为石英玻璃材料，在反应器中加入一定量待测混合液,以500r/mi n的转速机械搅拌。待混合均后开启汞灯并开始计时,10mi n后选定最佳波长处测量吸光度值,根据(ΔA/A0)*100％(ΔA和A0分别为光照前和光照后甲基橙液的最佳波长计算值计算甲基橙的剩余色度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土离子掺杂石墨烯/二氧化钛复合材料，其特征在于，复合材料的制备方法包括以下步骤：A.将稀土元素的原子电离成离子，在几十至几百千伏的电压下进行加速，在获得高速度后射入放在真空靶室中的石墨烯粉体表面，掺入石墨烯片层内；B.室温下，先量取无水乙醇，并用移液管移取冰醋酸，搅拌均匀，最后量取钛酸四丁酯一起混合均匀，记为A液；C.室温下，量取无水乙醇，加入去离子水，并滴加几滴浓盐酸，搅拌均匀使得溶液PH＜3，再加入一定质量的稀土离子石墨烯，并在一定温度下水浴进行超声震荡若干时间，冷却后所得溶液记为B液；D.将A液进行磁力搅拌一段时间，再把B液在一段时间匀速滴入A液中，滴加完毕后继续反应一段时间，停止搅拌，所得混合溶液静置陈化若干时间，获得稀土离子掺杂石墨烯/二氧化钛复合材料凝胶；E.将上述凝胶经烘干、研磨、煅烧处理.即得稀土离子掺石墨烯/二氧化钛复合材料粉末。2.根据权利要求1所述的一种稀土离子掺杂石墨烯/二氧化钛复合材料，其特征在于：所述稀土元素为铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇重稀土。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周勇，盘荣俊，
申请(专利权)人：贺州学院，
类型：发明
国别省市：