CN103657630A - 棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合光催化剂的制备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合光催化剂的制备方法：1）棒状五氧化二铌的制备；2）氧化石墨烯的制备；3）棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合物的制备。本发明能够有效地降低五氧化二铌光催化剂的禁带宽度，显著增强其对太阳光的利用率，进一步拓展五氧化二铌光催化剂的应用范围。棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合光催化剂可以快速、有效地分解水制氢，重复利用率高，且具有很好的应用前景和经济效益，是一种环境友好型的光催化剂。

Description

棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合光催化剂的制备

技术领域

本发明涉及半导体光催化剂制备领域，具体涉及一种棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合型光催化剂的制备方法。

背景技术

石墨烯(graphene)是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种炭质新材料，它是三维石墨中的二维片层。在石墨烯中，π电子相互连接在同平面碳原子层的上下，形成大π键。这种离域π电子在碳网平面内可自由流动，类似自由电子，因此在石墨烯面内具有类似于金属的导电性和导热性。由于其出众的电学，力学，光学和热学性能，石墨烯在过去的短短几年已充分展现出在理论研究和实际应用方面的无穷魅力，迅速成为材料科学领域最为活跃的研究前沿。半导体/石墨烯复合光催化剂是近几年来光催化领域的研究热点，已取得了大量可喜的研究成果。然而，现有技术尚未公开将具有优良长径比的棒状五氧化二铌与还原氧化石墨烯结合的复合材料的制备方法。

发明内容

发明目的：本发明为了解决现有技术的不足，提供了一种有效的太阳光下具有高催化活性的棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合型光催化剂的制备方法。主要是解决五氧化二铌比表面积小，光催化剂体内电子与空穴复合严重以及光催化活性低等问题。

技术方案：棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合型光催化剂的制备，包括下列步骤：

1)棒状五氧化二铌的制备，用Nb₂O₅ NR表示

取0.2g金属铌粉溶于80mL去离子水中，以1000rpm的转速搅拌处理30min，将上述溶液转移至100mL高压反应釜中，在200℃条件下陈化7天，过滤得到产品，再用去离子水和乙醇混合液洗涤2-3次，过滤，在60℃干燥1h得到产品Nb₂O₅ NR，准备待用；

2)氧化石墨烯的制备，用GO表示

取1.0g石墨粉(<30μm)加入100mL水中，然后分别加入0.5g NaNO₃、24.0mL H₂SO₄和3.0g KMnO₄，超声震荡10min，将反应液置于冰浴中，强烈搅拌30min，取出在25℃下继续搅拌30min，加入46mL去离子水稀释反应液，加热至98℃继续搅拌10min，再在反应液中加入10mL H₂O₂和140mL H₂O，过滤反应液，分别用5% HCl和去离子水反复冲洗所得反应物3-5次，将所得产物置于80℃下干燥10h，制得氧化石墨烯(GO)，使用前，取一定量GO，溶于去离子水中，配成0.5mg mL^-1的溶液，超声震荡2h，再用11000rpm的转速离心分离10min，移取上层清液待用。

3)棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合物的制备，用Nb₂O₅ NR-RGO表示

将上述步骤制备得到的Nb₂O₅ NR和0.5mg mL^-1的GO溶液以质量比1:0.01-0.1为配比，加入至100mL的圆柱形玻璃容器中，然后加入50mL乙醇溶液，以1000rpm的磁力搅拌器处理30min，然后将混合物超声处理30min，在500W汞灯的条件下光照8h，紫外线照射后，悬浮液的颜色由灰褐色变为黑色说明GO被还原为RGO，过滤回收所得的复合材料，用去离子水清洗3-5次，并在室温下干燥，将此产品标记为Nb₂O₅ NR-RGO。

有益效果：本发明能够有效地降低五氧化二铌光催化剂的禁带宽度，显著增强其对太阳光的利用率，进一步拓展五氧化二铌光催化剂的应用范围，且重复利用率高，具有很好的应用前景和经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。

具体实施例1：

棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合光催化剂的制备，包括下列步骤：

1)棒状五氧化二铌的制备，用Nb₂O₅ NR表示

取0.2g金属铌粉溶于80mL去离子水中，以1000rpm的转速搅拌处理30min，将上述溶液转移至100mL高压反应釜中，在200℃条件下陈化7天，过滤得到产品，再用去离子水和乙醇混合液洗涤2-3次，过滤，在60℃干燥1h得到产品Nb₂O₅ NR，准备待用；

2)氧化石墨烯的制备，用GO表示

取1.0g石墨粉(<30μm)加入100mL水中，然后分别加入0.5g NaNO₃、24.0mL H₂SO₄和3.0g KMnO₄，超声震荡10min，将反应液置于冰浴中，强烈搅拌30min，取出在25℃下继续搅拌30min，加入46mL去离子水稀释反应液，加热至98℃继续搅拌10min，再在反应液中加入10mL H₂O₂和140mL H₂O，过滤反应液，分别用5% HCl和去离子水反复冲洗所得反应物3-5次，将所得产物置于80℃下干燥10h，制得氧化石墨烯(GO)，使用前，取一定量GO，溶于去离子水中，配成0.5mg mL^-1的溶液，超声震荡2h，再用11000rpm的转速离心分离10min，移取上层清液待用。

3)棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合物的制备，用Nb₂O₅ NR-RGO表示

将上述步骤制备得到的Nb₂O₅ NR和0.5mg mL^-1的GO溶液以质量比1:0.01为配比，加入至100mL的圆柱形玻璃容器中，然后加入50mL乙醇溶液，以1000rpm的磁力搅拌器处理30min，然后将混合物超声处理30min，在500W汞灯的条件下光照8h，紫外线照射后，悬浮液的颜色由灰褐色变为黑色说明GO被还原为RGO，过滤回收所得的复合材料，用去离子水清洗3-5次，并在室温下干燥，将此产品标记为Nb₂O₅ NR-RGO。

具体实施例2：

棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合光催化剂的制备，包括下列步骤：

1)棒状五氧化二铌的制备，用Nb₂O₅ NR表示

取0.2g金属铌粉溶于80mL去离子水中，以1000rpm的转速搅拌处理30min，将上述溶液转移至100mL高压反应釜中，在200℃条件下陈化7天，过滤得到产品，再用去离子水和乙醇混合液洗涤2-3次，过滤，在60℃干燥1h得到产品Nb₂O₅ NR，准备待用；

2)氧化石墨烯的制备，用GO表示

取1.0g石墨粉(<30μm)加入100mL水中，然后分别加入0.5g NaNO₃、24.0mL H₂SO₄和3.0g KMnO₄，超声震荡10min，将反应液置于冰浴中，强烈搅拌30min，取出在25℃下继续搅拌30min，加入46mL去离子水稀释反应液，加热至98℃继续搅拌10min，再在反应液中加入10mL H₂O₂和140mL H₂O，过滤反应液，分别用5% HCl和去离子水反复冲洗所得反应物3-5次，将所得产物置于80℃下干燥10h，制得氧化石墨烯(GO)，使用前，取一定量GO，溶于去离子水中，配成0.5mg mL^-1的溶液，超声震荡2h，再用11000rpm的转速离心分离10min，移取上层清液待用。

3)棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合物的制备，用Nb₂O₅ NR-RGO表示

将上述步骤制备得到的Nb₂O₅ NR和0.5mg mL^-1的GO溶液以质量比1:0.03为配比，加入至100mL的圆柱形玻璃容器中，然后加入50mL乙醇溶液，以1000rpm的磁力搅拌器处理30min，然后将混合物超声处理30min，在500W汞灯的条件下光照8h，紫外线照射后，悬浮液的颜色由灰褐色变为黑色说明GO被还原为RGO，过滤回收所得的复合材料，用去离子水清洗3-5次，并在室温下干燥，将此产品标记为Nb₂O₅ NR-RGO。

具体实施例3：

棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合光催化剂的制备，包括下列步骤：

1)棒状五氧化二铌的制备，用Nb₂O₅ NR表示

取0.2g金属铌粉溶于80mL去离子水中，以1000rpm的转速搅拌处理30min，将上述溶液转移至100mL高压反应釜中，在200℃条件下陈化7天，过滤得到产品，再用去离子水和乙醇混合液洗涤2-3次，过滤，在60℃干燥1h得到产品Nb₂O₅ NR，准备待用；

2)氧化石墨烯的制备，用GO表示

取1.0g石墨粉(<30μm)加入100mL水中，然后分别加入0.5g NaNO₃、24.0mL H₂SO₄和3.0g KMnO₄，超声震荡10min，将反应液置于冰浴中，强烈搅拌30min，取出在25℃下继续搅拌30min，加入46mL去离子水稀释反应液，加热至98℃继续搅拌10min，再在反应液中加入10mL H₂O₂和140mL H₂O，过滤反应液，分别用5% HCl和去离子水反复冲洗所得反应物3-5次，将所得产物置于80℃下干燥10h，制得氧化石墨烯(GO)，使用前，取一定量GO，溶于去离子水中，配成0.5mg mL^-1的溶液，超声震荡2h，再用11000rpm的转速离心分离10min，移取上层清液待用。

3)棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合物的制备，用Nb₂O₅ NR-RGO表示

将上述步骤制备得到的Nb₂O₅ NR和0.5mg mL^-1的GO溶液以质量比1:0.05为配比，加入至100mL的圆柱形玻璃容器中，然后加入50mL乙醇溶液，以1000rpm的磁力搅拌器处理30min，然后将混合物超声处理30min，在500W汞灯的条件下光照8h，紫外线照射后，悬浮液的颜色由灰褐色变为黑色说明GO被还原为RGO，过滤回收所得的复合材料，用去离子水清洗3-5次，并在室温下干燥，将此产品标记为Nb₂O₅ NR-RGO。

具体实施例4：

棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合光催化剂的制备，包括下列步骤：

1)棒状五氧化二铌的制备，用Nb₂O₅ NR表示

取0.2g金属铌粉溶于80mL去离子水中，以1000rpm的转速搅拌处理30min，将上述溶液转移至100mL高压反应釜中，在200℃条件下陈化7天，过滤得到产品，再用去离子水和乙醇混合液洗涤2-3次，过滤，在60℃干燥1h得到产品Nb₂O₅ NR，准备待用；

2)氧化石墨烯的制备，用GO表示

取1.0g石墨粉(<30μm)加入100mL水中，然后分别加入0.5g NaNO₃、24.0mL H₂SO₄和3.0g KMnO₄，超声震荡10min，将反应液置于冰浴中，强烈搅拌30min，取出在25℃下继续搅拌30min，加入46mL去离子水稀释反应液，加热至98℃继续搅拌10min，再在反应液中加入10mL H₂O₂和140mL H₂O，过滤反应液，分别用5% HCl和去离子水反复冲洗所得反应物3-5次，将所得产物置于80℃下干燥10h，制得氧化石墨烯(GO)，使用前，取一定量GO，溶于去离子水中，配成0.5mg mL^-1的溶液，超声震荡2h，再用11000rpm的转速离心分离10min，移取上层清液待用。

3)棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合物的制备，用Nb₂O₅ NR-RGO表示

将上述步骤制备得到的Nb₂O₅ NR和0.5mg mL^-1的GO溶液以质量比1: 0.1为配比，加入至100mL的圆柱形玻璃容器中，然后加入50mL乙醇溶液，以1000rpm的磁力搅拌器处理30min，然后将混合物超声处理30min，在500W汞灯的条件下光照8h，紫外线照射后，悬浮液的颜色由灰褐色变为黑色说明GO被还原为RGO，过滤回收所得的复合材料，用去离子水清洗3-5次，并在室温下干燥，将此产品标记为Nb₂O₅ NR-RGO。 

Claims (1)

1.棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯光催化剂的制备，其特征在于：包括下列步骤：

1)棒状五氧化二铌的制备，用Nb₂O₅ NR表示

取0.2g金属铌粉溶于80mL去离子水中，以1000rpm的转速搅拌处理30min，将上述溶液转移至100mL高压反应釜中，在200℃条件下陈化7天，过滤得到产品，再用去离子水和乙醇混合液洗涤2-3次，过滤，在60℃干燥1h得到产品Nb₂O₅ NR，准备待用；

2)氧化石墨烯的制备，用GO表示

取1.0g石墨粉(<30μm)加入100mL水中，然后分别加入0.5g NaNO₃、24.0mL H₂SO₄和3.0g KMnO₄，超声震荡10min，将反应液置于冰浴中，强烈搅拌30min，取出在25℃下继续搅拌30min，加入46mL去离子水稀释反应液，加热至98℃继续搅拌10min，再在反应液中加入10mL H₂O₂和140mL H₂O，过滤反应液，分别用5% HCl和去离子水反复冲洗所得反应物3-5次，将所得产物置于80℃下干燥10h，制得氧化石墨烯(GO)，使用前，取一定量GO，溶于去离子水中，配成0.5mg mL^-1的溶液，超声震荡2h，再用11000rpm的转速离心分离10min，移取上层清液待用；

3)棒状五氧化二铌/还原氧化石墨烯复合物的制备，用Nb₂O₅ NR-RGO表示

将上述步骤制备得到的Nb₂O₅ NR和0.5mg mL^-1的GO溶液以质量比1:0.01-0.1为配比，加入至100mL的圆柱形玻璃容器中，然后加入50mL乙醇溶液，以1000rpm的磁力搅拌器处理30min，然后将混合物超声处理30min，在500W汞灯的条件下光照8h，紫外线照射后，悬浮液的颜色由灰褐色变为黑色说明GO被还原为RGO，过滤回收所得的复合材料，用去离子水清洗3-5次，并在室温下干燥，将此产品标记为Nb₂O₅ NR-RGO。