石墨烯基-TiO2復(fù)合材料的制備與光催化性能研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)以其良好的光催化性能、高穩(wěn)定性以及無毒等特性成為了最具潛力的光催化劑，而TiO2光催化劑仍然存在光催化效率不高以及對太陽光利用率低等問題。石墨烯片層之間存在較強(qiáng)的范德華力，極易發(fā)生團(tuán)聚，通過將TiO2粒子修飾到石墨烯片表面，可以有效地阻止石墨烯的團(tuán)聚，而且這種復(fù)合材料不僅可以保持石墨烯和TiO2的原有特性，還會產(chǎn)生新的協(xié)同效應(yīng)。氧化石墨烯是石墨烯的一種重要的衍生物，結(jié)構(gòu)中具有相當(dāng)數(shù)量的活性基團(tuán)如羥基，羧基等。利用石墨

2、烯表面上的活性基團(tuán)為成核點(diǎn)，可以使得納米粒子能夠在表而原位成核生長。本論文分別采用熔鹽法和水熱法制備石墨烯基-TiO2復(fù)合材料。具體工作如下:
　　1.以四種不同的碳源（自制氧化石墨烯、自制還原氧化石墨烯、石墨烯與3000℃石墨化石墨烯）為碳源，采用熔鹽法和后續(xù)控制氧化過程制備了石墨烯基-TiO2復(fù)合材料。主要研究了熔鹽反應(yīng)溫度、熔鹽反應(yīng)時(shí)間、C/Ti摩爾比、氧化溫度工藝條件對復(fù)合物中TiC、TiO2涂層的影響，并采用XRD、SE

3、M、TEM、Raman和XPS等表征手段對上述所制備的復(fù)合物進(jìn)行了表征，還以亞甲基藍(lán)為目標(biāo)污染物考察了石墨烯基-TiO2復(fù)合物的可見光催化活性。同時(shí)比較了以四種不同結(jié)構(gòu)的石墨烯基材料為碳源和載體制備的石墨烯基-TiO2復(fù)合物在結(jié)構(gòu)和性能方而所存在的異同。結(jié)果表明，得出以下主要結(jié)論:(1)熔鹽反應(yīng)溫度和碳鈦摩爾比對反應(yīng)生成的中間產(chǎn)物TiC的結(jié)構(gòu)形貌有重要的影響。氧化溫度的升高有利于TiO2晶核的形成與生長，但是溫度過高會導(dǎo)致銳鈦礦相TiO

4、2向金紅石相TiO2轉(zhuǎn)變。和P25相比，所制備的GO-TiO2復(fù)合物均有明顯增強(qiáng)的可見光催化活性。(2)四種不同結(jié)構(gòu)石墨烯基材料與鈦粉的反應(yīng)性有一定的差異。石墨烯基-TiO2復(fù)合物對亞甲基藍(lán)均有明顯增強(qiáng)的可見光光催化活性，不同結(jié)構(gòu)的石墨烯基-TiO2復(fù)合物對亞甲基藍(lán)的吸附性和降解率有一定的差異。
　　2.采用水熱法以氧化石墨與鈦酸四丁酯為原料制備部分還原氧化石墨烯-TiO2復(fù)合材料。主要研究了水熱反應(yīng)溫度和氧化石墨加入量對復(fù)合物中