【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光催化燃料电池，尤其涉及光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜、制备方法及应用。
技术介绍
1、光催化燃料电池系统是一种兼顾污水处理与利用污染物产能的新型燃料电池体系，利用tio2等材料的光催化反应处理光电极上的污染物，并不断产生光生电子，这些电子可以直接通过外部电路到达阴极生产电能或氢能。光催化燃料电池系统具有以下优势：(1)在太阳光照条件下即可对污染物处理，无附加能量输入，可实现降低处理过程的能耗，清洁且无二次污染；(2)光生电子的强还原能力，以及空穴和水中二次生成的·oh等自由基带来的强氧化能力能够非选择性地还原与氧化污染物，适用范围广；(3)能够在可控的反应条件下进行构建和操作，并且可以通过控制光输入来进行开关。
2、目前光催化燃料电池系统受限于体系使用的光催化材料对太阳光的吸收波长范围过窄以及光电转化效率过低等因素影响，使得光催化处理技术的实际效率往往不尽如人意。光催化燃料电池系统中的光阳极和光阴极(或阴极)是彼此独立的，光阳极上的光生电子必须通过外电路转移到阴极发电(或还原h+产h2)。此体系的电极引线的各连接点的电阻较大，会进一步导致太阳能处理废水和转换氢能的效率降低。为了提高体系处理效率，除了考虑光催化材料选择和自身性质的优化，还需要考虑开发稳定高效的电极基底材料设计形成双电极一体化。
3、目前常用的电极基底材料，如碳纤维布，泡沫金属和导电玻璃等，关注重点均在于导电性和机械性能，在合成成本，光催化材料负载比例，基底材料比重和实际工作环境等方面仍存在不足。
4、故针对现有
技术实现思路
1、本专利技术是针对现有技术中，光催化燃料电池体系的电极引线各连接点的电阻较大，进一步导致太阳能处理废水和转换氢能的效率降低等缺陷提供一种光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜。
2、本专利技术是针对现有技术中，光催化燃料电池体系的电极引线各连接点的电阻较大，进一步导致太阳能处理废水和转换氢能的效率降低等缺陷提供一种光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的应用。
3、本专利技术是针对现有技术中，光催化燃料电池体系的电极引线各连接点的电阻较大，进一步导致太阳能处理废水和转换氢能的效率降低等缺陷提供一种光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法。
4、为实现本专利技术之第一目的，本专利技术提供一种光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜，所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜具有自组装石墨烯薄膜基质，并在自组装石墨烯薄膜同一表面的不同侧面分别负载cu2o纳米颗粒、zno纳米棒、cds纳米棒、invo4纳米片的至少其中两种不同光催化剂粉末。
5、为实现本专利技术之第二目的，本专利技术提供一种光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜在光催化器件中的应用。
6、为实现本专利技术之第三目的，本专利技术提供一种光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，包括：
7、执行步骤s1：首先将碳含量大于99.85％的石墨在搅拌条件下加入到质量分数大于95％的浓硫酸中；其次加入高锰酸钾，并在35～40℃条件下搅拌反应24～30h；再次在搅拌条件下滴加双氧水，待反应溶液由棕色变为黄色后，将反应溶液离心分离，沉淀依次经酸洗、去离子水洗涤，获得氧化石墨烯；最后将氧化石墨烯加入去离子水，调节浓度至7～9mol/l，并超声分散，获得氧化石墨烯溶液；
8、执行步骤s2：将金属锌片浸没在氧化石墨烯溶液中，室温静置反应15h后取出并干燥，在锌片上获得原位自组装还原的石墨烯薄膜；
9、执行步骤s3：从锌片上剥离石墨烯薄膜，并置于稀盐酸溶液中，在预设温度下水热反应，去除杂质，获得自组装的石墨烯薄膜；
10、执行步骤s4：利用滴涂法在自组装石墨烯薄膜同一表面的不同侧面分别负载cu2o纳米颗粒、zno纳米棒、cds纳米棒、invo4纳米片的至少其中两种不同光催化剂粉末；
11、执行步骤s5：通过液压机将负载cu2o纳米颗粒、zno纳米棒、cds纳米棒、invo4纳米片的至少其中两种光催化剂粉末的石墨烯薄膜压平，获得光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜。
12、可选地，步骤s1氧化石墨烯制备中酸洗是采用1mol/l盐酸溶液进行洗涤。
13、可选地，步骤s5进行压平所施加的压力为10～20mpa。
14、可选地，步骤s5所述cu2o纳米颗粒的制备方法为，采用浓度为0.1～0.2mol/l的硫酸铜和1～3mol/l氢氧化钠的水溶液，在60℃反搅拌30～60min，再滴加浓度为0.1～0.2mol/l的抗坏血酸，在60℃反搅拌30～60min，制得cu2o纳米颗粒。
15、可选地，步骤s5所述zno纳米棒的制备方法为，采用浓度为40～50mmol/l的硝酸锌和40～50mmol/l乌洛托品的水溶液，在95℃反应3～7h，制得zno纳米棒。
16、可选地，步骤s5所述cds纳米棒的制备方法为，采用浓度为5～10mmol/l谷胱甘肽、20～40mmol/l硝酸镉、60～80mmol/l硫脲的水溶液，在180～210℃反应3～6h，制得长cds纳米棒。
17、可选地，步骤s5所述invo4纳米片的制备方法为，采用浓度为20～50mmol/l三氯化铟和20～50mmol/l偏钒酸的铵水溶液，通过浓硝酸和氢氧化钠调节ph至1～3，在180℃反应12～18h，制得invo4纳米片。
18、综上所述，本专利技术光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜、制备方法及应用不仅可以借助石墨烯的光学特性和优异的导电性能，提高光催化剂的光吸收率以及光生电子-空穴对的分离效率，而且在同一石墨烯薄膜导电基底上制备光催化双电极，形成自偏压的光催化燃料电池系统，大幅减少接触电阻所引起的能量损失，提高净水效率，同时石墨烯薄膜的力学性能也为制备柔性、高效和可回收的光催化器件提供可行性。
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1.一种光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜，其特征在于，所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜具有自组装石墨烯薄膜基质，并在自组装石墨烯薄膜同一表面的不同侧面分别负载Cu2O纳米颗粒、ZnO纳米棒、CdS纳米棒、InVO4纳米片的至少其中两种不同光催化剂粉末。
2.如权利要求1所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜，其特征在于，所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜应用在光催化器件中。
3.如权利要求1所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，包括：
4.如权利要求3所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1氧化石墨烯制备中酸洗是采用1mol/L盐酸溶液进行洗涤。
5.如权利要求3所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S5进行压平所施加的压力为10～20MPa。
6.如权利要求3所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S5所述Cu2O纳米颗粒的制备方法为，采用浓度为0.1～0.2mol/L
7.如权利要求3所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S5所述ZnO纳米棒的制备方法为，采用浓度为40～50mmol/L的硝酸锌和40～50mmol/L乌洛托品的水溶液，在95℃反应3～7h，制得ZnO纳米棒。
8.如权利要求3所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S5所述CdS纳米棒的制备方法为，采用浓度为5～10mmol/L谷胱甘肽、20～40mmol/L硝酸镉、60～80mmol/L硫脲的水溶液，在180～210℃反应3～6h，制得长CdS纳米棒。
9.如权利要求3所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S5所述InVO4纳米片的制备方法为，采用浓度为20～50mmol/L三氯化铟和20～50mmol/L偏钒酸的铵水溶液，通过浓硝酸和氢氧化钠调节PH至1～3，在180℃反应12～18h，制得InVO4纳米片。
...【技术特征摘要】
1.一种光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜，其特征在于，所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜具有自组装石墨烯薄膜基质，并在自组装石墨烯薄膜同一表面的不同侧面分别负载cu2o纳米颗粒、zno纳米棒、cds纳米棒、invo4纳米片的至少其中两种不同光催化剂粉末。
2.如权利要求1所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜，其特征在于，所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜应用在光催化器件中。
3.如权利要求1所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，包括：
4.如权利要求3所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s1氧化石墨烯制备中酸洗是采用1mol/l盐酸溶液进行洗涤。
5.如权利要求3所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s5进行压平所施加的压力为10～20mpa。
6.如权利要求3所述光催化双电极一体化石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s5所述cu2o纳米颗粒的制备方法为，采用浓度为0.1～0.2mol/l的硫酸铜和1...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟永鸣，孙建腾，窦容妮，柳丹，于晓龙，邓辅财，王开峰，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：
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