CN111097393A - 一种基于二维多孔石墨烯的光催化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于二维多孔石墨烯的光催化材料及其制备方法和应用，所述基于二维多孔石墨烯的光催化材料的制备方法包括：将二维多孔石墨烯、二维多孔氧化石墨烯中的至少一种和纳米二氧化钛分散于溶剂中，在120～200℃下水热反应4～24小时，再经洗涤和干燥后，得到所述基于多孔石墨烯的光催化材料。
Description
技术领域
本发明提供了一种基于二维多孔石墨烯的光催化材料及其制备方法和应用，属于光催化领域。
背景技术
随着现代工业的发展，化石燃料的大量使用、工业污染物的大量排放，排入江河湖海中的工业废水或生活污水对于环境的污染非常的严重。数据显示，目前全世界每年约有4200多亿的废水排入江河湖海，污染了55000亿吨的淡水，约占全球总量的14％。现在全球80％以上的淡水被污染。联合国卫生组织估计，目前1/4的人口患病是由于水污染引起的。每天有2.5万人因饮用被污染了的水而死去，其中大部分是抵抗力弱的儿童，每年有460万儿童因饮用污染的水而死于腹泻。水污染对人体健康的危害主要为引起急性和慢性中毒，同时可诱发癌症，因而，水污染会对人类社会造成极大的危害。
近年来，半导体催化剂在环境污染治理领域有许多重要应用，二氧化钛作为其中的代表，引起了大量学者的关注和研究。但是目前，二氧化钛催化剂仍受较低的光转化效率和较窄的光响应范围所限制，在广泛商业化应用方面还存在一定的困难。而纳米二氧化钛与普通二氧化钛相比具有许多特殊的性能，如：表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。而若将二氧化钛(TiO2)制备成纳米线或者纳米管，将进一步提高其表面积，扩大其应用范围。但是，二氧化钛由于其本身具有较宽的能带(＞3eV)，只能被紫外光(波长λ＜380nm)激发，大大的限制了其利用率。另一方面，在太阳光的辐射下，光生电子-空穴的迅速复合，这也是其另一个限制。
石墨烯是一种由碳原子构成的六边形蜂窝状二维材料，其理论比表面积高达(2630m2/g)，具有极高的电子转移能力(2000cm2/Vs)，载流子浓度可达10-13/cm2，同时其具有极高的力学强度，没有缺陷的石墨烯的杨氏模量为1.0TPa，其断裂强度可达130Gpa，弹性模量为0.25TPa。石墨烯还具有优异的光学性能和热力学性能(导热率为5300W/mK)。石墨烯具有一系列优异的性质，恰好可以弥补二氧化钛的不足。石墨烯作为一个优异的电子受体，能够将光生电子很快的传导到表面，抑制了电子-空穴的复合。另外，石墨烯具有超高的比表面积和吸附能力，能够吸附更多的有机分子在其表面，加速有机污染物的分解速度，提高光催化效率。但是现有的石墨烯/TiO2复合材料，一种方法是选用氧化石墨烯(GO)作为原料，利用GO表面的丰富官能团与TiO2之间成键进行连接，这种复合使得石墨烯的导电性能减弱，不利于载流子在材料内部的迅速传输，不利于光催化性能的极大提升；另外一种方法则采用还原的氧化石墨烯作为载体负载TiO2，二者结合较弱，易导致催化剂的脱落，不利于催化剂的长效稳定性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于二维多孔石墨烯的光催化材料及其制备方法和应用。
一方面，本发明提供了一种基于二维多孔石墨烯的光催化材料的制备方法，将二维多孔石墨烯、二维多孔氧化石墨烯中的至少一种和纳米二氧化钛分散于溶剂中，在120～200℃下水热反应4～24小时，再经洗涤和干燥后，得到所述基于多孔石墨烯的光催化材料。
本发明选用二维多孔石墨烯和二维多孔氧化石墨烯中的至少一种作为载体，由于其本身具有更丰富的孔道结构，具有高的比表面积(2100m2/g)当其与纳米二氧化钛(例如，TiO2纳米颗粒(例如，P25)、TiO2纳米线、TiO2纳米管等)进行复合时，纳米二氧化钛不仅可以和多孔石墨烯(由氧化石墨烯制备)孔洞位置上的含氧官能团之间发生相互作用而复合，同时纳米二氧化钛还可以原位锚定在二维多孔石墨烯或二维多孔氧化石墨烯的孔道之中，使得纳米二氧化钛与多孔石墨烯之间复合的更加牢固，经过一定温度的热处理后，复合材料具有优异的光催化性能，同时表现出优异的循环稳定性。例如：在降解甲基橙实验中，二维多孔石墨烯/二氧化钛循环降解10次，其性能仍然保持初始性能98％，而简单的石墨烯/TiO2复合材料再第四次循环时便开始衰减。此外，二维多孔氧化石墨烯和二维多孔石墨烯既可以促进光生电子-空穴的分离，同时较大的比表面积可有效的吸附有机物分子，大大提升光催化性能。
较佳地，所述纳米二氧化钛包括二氧化钛纳米颗粒，二氧化钛纳米线、二氧化钛纳米管中的至少一种；优选地，所述二氧化钛纳米颗粒的粒径为20～60nm，所述二氧化钛纳米线的直径为10～60nm、长度为500nm～10μm，所述二氧化钛纳米管的直径为10～20nm、厚度为5～15nm、长度为500nm～5μm。本发明中所使用的二维多孔石墨烯，其孔尺寸可调，可与纳米二氧化钛的尺寸相匹配，使得二者的结合更加的牢固，光催化效果更佳。
较佳地，所述二维多孔石墨烯、二维多孔氧化石墨烯中的至少一种和纳米二氧化钛的质量比为1：(1～20)，优选为1：(10～20)。
较佳地，所述二维多孔石墨烯的制备方法包括：将氧化剂、活化剂中至少一种、以及石墨烯分散液和氧化石墨烯分散液中至少一种混合后，在100～200℃下反应4～24小时，得到所述二维多孔氧化石墨烯或二维多孔石墨烯。其中，氧化石墨烯与氧化剂反应得到的是二维多孔氧化石墨烯，而氧化剂与石墨烯(物理法剥离)反应得到二维多孔弱氧化的石墨烯片。氧化石墨烯和石墨烯与活化剂反应造孔，可制备得到二维多孔氧化石墨烯和二维多孔石墨烯(活化的目的是为了造孔)。后续再与TiO2进行复合时，通过水热反应，釜内的高温高压可使氧化石墨烯上的含氧官能团被还原。此外，在选用氧化石墨烯制备二维多孔石墨烯时可用少量还原剂辅助还原。其中还原剂可为水合肼、柠檬酸钠、L-抗坏血酸等。
较佳地，所述石墨烯分散液或氧化石墨烯分散液的浓度为0.5mg/ml～15mg/ml。
较佳地，所述氧化剂为HNO3、Ag2O、H2O2、KMnO4中的至少一种，所述活化剂为KOH。
较佳地，所述石墨烯为物理剥离石墨烯或三维石墨烯气凝胶粉碎后得到。
较佳地，所述溶剂为乙醇、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMA)、氮甲基吡咯烷酮(NMP)、正己烷中的至少一种。
另一方面，本发明还提供了一种根据上述的制备方法制备的基于二维多孔石墨烯的光催化材料。
再一方面，本发明还提供了一种由上述的基于二维多孔石墨烯的光催化材料制备的涂层。
有益效果：
本发明中，将纳米二氧化钛牢牢的锚定于二维多孔石墨烯材料的孔道之中，既可以有效的促进光生电子空穴的分离，同时二维多孔结构兼具多活性位点、高反应活性通道和高比表面积等优势，可以有效的吸附污染物分子，进一步提升光催化性能。同时负载于多孔性聚丙烯网或者多孔聚丙烯无纺布上可更好的回收和重复利用，加工工艺简单，使用方便，非常有希望用于污染河道的治理。
附图说明
图1为实施例3中氧化石墨烯溶液图；
图2为实施例3中二维多孔石墨烯图；
图3为实施例中所用纳米二氧化钛图，(a)为二氧化钛颗粒(实施例3)SEM图，(b)为二氧化钛纳米线SEM图(实施例4)，(c)为二氧化钛纳米管SEM图(实施例7)；
图4为二氧化钛纳米粒子与二维多孔石墨烯的复合工艺图及实施例3制备的基于二维多孔石墨烯的光催化材料的微观结构图；
图5为实施例3制备的复合物(二维多孔石墨烯/TiO2)负载于光催化网的实物图；
图6为实施例3制备的基于二维多孔石墨烯的光催化材料、对比例1中制备的石墨烯/TiO2复合材料和P25的光催化性能对比图，P25/G为纳米二氧化钛/石墨烯，P25/PG为纳米二氧化钛/二维多孔石墨烯；
图7为实施例3制备的基于二维多孔石墨烯的光催化材料、对比例1中制备的石墨烯/TiO2复合材料、和P25的光催化性能循环性能对比图，P25/G为纳米二氧化钛/石墨烯，P25/PG为纳米二氧化钛/二维多孔石墨烯。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
在本公开中，将纳米二氧化钛(例如，商用P25、二氧化钛纳米线或二氧化钛纳米管等)通过水热处理的方式牢牢的嵌入二维多孔石墨烯的缺陷位置(孔道)构建基于二维多孔石墨烯的光催化材料。其中，二维多孔石墨烯的尺寸可包括：单片尺寸为40～80μm，石墨烯片上孔道直径为20～200nm，如附图2所示。
以下示例性地说明基于二维多孔石墨烯的光催化材料的制备方法。
将石墨烯或氧化石墨烯超声分散(例如超声时间可为0.5～4小时)于一定量去离子水中获得石墨烯分散液或氧化石墨烯分散液。其中，石墨烯分散液或氧化石墨烯分散液的浓度可为0.5mg/ml～15mg/ml。
在可选的实施方式中，石墨烯可为物理剥离的石墨烯或三维石墨烯气凝胶粉碎后得到。氧化石墨烯可采用改进的Hummers法制备得到。采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯或制备石墨烯所用原料可选用目数为200～10000目的鳞片石墨粉体等。
在可选的实施方式中，所述纳米二氧化钛包括二氧化钛纳米颗粒，二氧化钛纳米线、二氧化钛纳米管中的至少一种。二氧化钛纳米颗粒的粒径为20～60nm。二氧化钛纳米线的直径为10～60nm、长度为500nm～10μm。二氧化钛纳米管的直径为10～20nm、厚度为5～15nm、长度为500nm～10μm。例如，P25为直接购买，二氧化钛纳米线和二氧化钛纳米管可自制得到。
二维多孔石墨烯的制备。将氧化剂与氧化石墨烯或石墨烯的分散液进行混合在一定条件下反应一段时间即可制得二维多孔石墨烯。还可再经过洗涤和干燥处理，例如，经无水乙醇、去离子水、或盐酸和柠檬酸的混合溶液反复洗涤后，冷冻干燥可得二维多孔石墨烯。其中，氧化剂可为HNO3、Ag2O、H2O2、KMnO4等。活化剂可为KOH等。氧化剂(或活化剂)加入量和氧化石墨烯(或石墨烯)的质量比为(1～10)：(1～5)。对于上述不同氧化剂，其反应条件各不相同。
将纳米二氧化钛(例如，商用P25、二氧化钛纳米线或二氧化钛纳米管)与所制备二维多孔石墨烯(或/和二维多孔氧化石墨烯)按一定比例分散于一定溶剂中，水热反应一段时间后，纳米二氧化钛(例如，商用P25、二氧化钛纳米线或二氧化钛纳米管)会与二维多孔石墨烯的缺陷位置(孔道)丰富的官能团之间发生相互作用进而组装构建成基于二维多孔石墨烯的光催化材料。
在本发明一实施方式中，将该基于二维多孔石墨烯的光催化材料负载于基材表面(例如，聚丙烯网或无纺布)上便还可进一步可实现其回收和重复利用，在污水处理领域具有极大的应用前景。其中，溶剂可为水或乙醇或二者的混合物，聚丙烯网或聚丙烯带直接购买。
作为一个示例，将制备的基于二维多孔石墨烯的光催化材料分散于一定溶剂中，通过浸渍或喷涂负载于聚丙烯网或聚丙烯带上即可构建光催化网或光催化带。其中，溶剂为乙醇、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMA)、氮甲基吡咯烷酮(NMP)、正己烷等中的至少一种。
本发明中，基于二维多孔石墨烯的光催化材料可有效的光催化降解水中污染物，相比于现有复合材料，具有制备工艺简单，光催化效果好。测试表明该产品对某严重污染的河道进行治理后，各项指标(TN、TP、NH3-N、COD)大幅度下降(COD由劣五类降至三类，总磷由劣五类降至四类，氨氮降至二类，总氮降至二类)并达到国家规定要求(测试采用TD-840型便携式COD、氨氮、总氮、总磷测试仪进行测试)，同时该技术成本低廉，产品重复利用性好，可规模化生产，有望用于污染河流的治理。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。下述实施例中若无特殊说明，选用原料包括：石墨粉(青岛华泰石墨，325目，800目，8000目，10000目)；P25(德固赛AEROXIDETiO2)；TiO2纳米线的直径为10～60nm、长度为500nm～10μm；TiO2纳米管的直径为10～20nm、厚度为5～15nm、长度为500nm～5μm；聚丙烯无纺布(广州市龙辉滤网有限公司)；聚丙烯网等。
实施例1
首先，选取8000目石墨粉，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并通过超声和机械搅拌的方式制备2mg/ml的氧化石墨烯水溶液。然后配置4ml，9mg/ml的高锰酸钾水溶液，在搅拌条件下将高锰酸钾溶液滴加到GO溶液(80ml)中，持续搅拌2h，反应后的溶液用无水乙醇和去离子水反复洗涤多次，再进行冷冻干燥，然后用盐酸和柠檬酸的混合溶液洗涤，再冷干得二维多孔石墨烯。将该材料超声分散于去离子水中，按质量比二维多孔石墨烯：P25＝1：1的比例加入P25，水热处理(120℃下反应6小时)，冷冻干燥后超声分散于乙醇溶液中，喷涂于聚丙烯无纺布或聚丙烯网上即可得光催化带或光催化网。
实施例2
首先，选取8000目石墨粉，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并通过超声和机械搅拌的方式制备2mg/ml的氧化石墨烯水溶液。然后配置4ml，9mg/ml的高锰酸钾水溶液，在搅拌条件下将高锰酸钾溶液滴加到GO溶液(80ml)中，持续搅拌2h，反应后的溶液用无水乙醇和去离子水反复洗涤多次，再进行冷冻干燥，然后用盐酸和柠檬酸的混合溶液洗涤，再冷干得二维多孔石墨烯。将该材料超声分散于去离子水中，按质量比二维多孔石墨烯：P25＝1：2的比例加入P25，水热处理(120℃下反应6小时)，冷冻干燥后超声分散于乙醇溶液中，喷涂于聚丙烯无纺布或聚丙烯网上即可得光催化带或光催化网。
实施例3
首先，选取8000目石墨粉，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并通过超声和机械搅拌的方式制备2mg/ml的氧化石墨烯水溶液。然后配置4ml，9mg/ml的高锰酸钾水溶液，在搅拌条件下将高锰酸钾溶液滴加到GO溶液(80ml)中，持续搅拌2h，反应后的溶液用无水乙醇和去离子水反复洗涤多次，再进行冷冻干燥，然后用盐酸和柠檬酸的混合溶液洗涤，再冷干得二维多孔石墨烯。将该材料超声分散于去离子水中，按质量比二维多孔石墨烯：P25＝1：3的比例加入P25，水热处理(120℃下反应6小时)，冷冻干燥后超声分散于乙醇溶液中，喷涂于聚丙烯无纺布或聚丙烯网上即可得光催化带或光催化网。
实施例4
首先，选取8000目石墨粉，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并通过超声和机械搅拌的方式制备2mg/ml的氧化石墨烯水溶液100ml，然后在搅拌条件下将双氧水(浓度35％，10ml)缓慢的滴加到GO溶液中，持续搅拌30min，随后转入反应釜中，180℃反应12h。反应产物经离心，并用无水乙醇和去离子水反复洗涤多次，再进行冷冻干燥。将冷干产物超声分散于去离子水中，按质量比二维多孔石墨烯：TiO2纳米线＝1：1的比例加入TiO2纳米线，水热处理(160℃下反应12小时)，冷冻干燥后超声分散于乙醇溶液中，喷涂于聚丙烯无纺布或聚丙烯网上即可得光催化带或光催化网。
实施例5
首先，选取8000目石墨粉，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并通过超声和机械搅拌的方式制备2mg/ml的氧化石墨烯水溶液100ml，然后在搅拌条件下将双氧水缓慢的滴加到GO溶液中，持续搅拌30min，随后转入反应釜中，180℃反应12h。反应产物经离心，并用无水乙醇和去离子水反复洗涤多次，再进行冷冻干燥。将冷干产物超声分散于去离子水中，按质量比二维多孔石墨烯：TiO2纳米线＝1：2的比例加入TiO2纳米线，水热处理(160℃下反应12小时)，冷冻干燥后超声分散于乙醇溶液中，喷涂于聚丙烯无纺布或聚丙烯网上即可得光催化带或光催化网。
实施例6
首先，选取8000目石墨粉，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并通过超声和机械搅拌的方式制备2mg/ml的氧化石墨烯水溶液100ml，然后在搅拌条件下将双氧水缓慢的滴加到GO溶液中，持续搅拌30min，随后转入反应釜中，180℃反应12h。反应产物经离心，并用无水乙醇和去离子水反复洗涤多次，再进行冷冻干燥。将冷干产物超声分散于去离子水中，按质量比二维多孔石墨烯：TiO2纳米线＝1：3的比例加入TiO2纳米线，水热处理(160℃下反应12小时)，冷冻干燥后超声分散于乙醇溶液中，喷涂于聚丙烯无纺布或聚丙烯网上即可得光催化带或光催化网。
实施例7
首先，选取325目石墨粉，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯GO，并通过超声和机械搅拌的方式制备2mg/ml的氧化石墨烯水溶液50ml，加入200微升乙二胺，180℃水热6h得到三维石墨烯水凝胶，用去离子水和无水乙醇反复洗涤后进行冷冻干燥得三维石墨烯气凝胶。将该气凝胶在1M氢氧化钾溶液中浸泡20小时，70℃烘干，待完全干燥后将样品装入石墨坩埚，在管式炉中进行800℃下1h热处理。热处理产物磨碎并超声分散于无水乙醇中，按GO(二维多孔石墨烯)与TiO2纳米管质量比＝1：1的比例加入TiO2纳米管，水热处理(160℃下反应12小时)，冷冻干燥后超声分散于乙醇溶液中，喷涂于聚丙烯无纺布或聚丙烯网上即可得光催化带或光催化网。
实施例8
首先，选取325目石墨粉，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并通过超声和机械搅拌的方式制备2mg/ml的氧化石墨烯水溶液50ml，加入200微升乙二胺，180℃水热6h得到三维石墨烯水凝胶，用去离子水和无水乙醇反复洗涤后进行冷冻干燥得三维石墨烯气凝胶。将该气凝胶在2M氢氧化钾溶液中浸泡20小时，70℃烘干，待完全干燥后将样品装入石墨坩埚，在管式炉中进行800℃下1h热处理。热处理产物磨碎并超声分散于无水乙醇中，按GO(二维多孔石墨烯)与TiO2纳米管质量比＝1：1的比例加入TiO2纳米管，水热处理(160℃下反应12小时)，冷冻干燥后超声分散于乙醇溶液中，喷涂于聚丙烯无纺布或聚丙烯网上即可得光催化带(喷涂有涂层的聚丙烯无纺布)或光催化网(喷涂有涂层的聚丙烯网)。
实施例9
首先，选取325目石墨粉，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并通过超声和机械搅拌的方式制备2mg/ml的氧化石墨烯水溶液50ml，加入200微升乙二胺，180℃水热6h得到三维石墨烯水凝胶，用去离子水和无水乙醇反复洗涤后进行冷冻干燥得三维石墨烯气凝胶。将该气凝胶在1M氢氧化钾溶液中浸泡20小时，70℃烘干，待完全干燥后将样品装入石墨坩埚，在管式炉中进行800℃下1h热处理。热处理产物磨碎并超声分散于无水乙醇中，按GO(二维多孔石墨烯)与TiO2纳米管质量比＝1：2的比例加入TiO2纳米管，水热处理(160℃下反应12小时)，冷冻干燥后超声分散于乙醇溶液中，喷涂于聚丙烯无纺布或聚丙烯网上即可得光催化带或光催化网。
实施例10
首先，选取325目石墨粉，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并通过超声和机械搅拌的方式制备2mg/ml的氧化石墨烯水溶液50ml，加入200微升乙二胺，180℃水热6h得到三维石墨烯水凝胶，用去离子水和无水乙醇反复洗涤后进行冷冻干燥得三维石墨烯气凝胶。将该气凝胶在1M氢氧化钾溶液中浸泡20小时，70℃烘干，待完全干燥后将样品装入石墨坩埚，在管式炉中进行800℃下1h热处理。热处理产物磨碎并超声分散于无水乙醇中，按GO(二维多孔石墨烯)与TiO2纳米管质量比＝1：3的比例加入TiO2纳米管，水热处理(160℃下反应12小时)，冷冻干燥后超声分散于乙醇溶液中，喷涂于聚丙烯无纺布或聚丙烯网上即可得光催化带或光催化网。
测试实验和测试数据：
测试实验：降解甲基橙选用浓度为10mg/L的甲基橙溶液，取50ml甲基橙溶液，加入50mg的复合材料粉体，暗室超声搅拌15min，在氙灯下光照，每3min取一个样，用UV-Vis吸收光谱仪测试降解程度。如图6中所示，C代表一段时间后甲基橙的浓度，C0表示初始甲基橙的浓度，二者之比可反映降解程度。随光照时间增加，P25/PG的降解效果优于P25/G，同时二者对于甲基橙的催化降解性能优于P25(可比较相同时间甲基橙的降解程度)。
对比例1
首先，选取325目石墨粉，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并通过超声和机械搅拌的方式制备2mg/ml的氧化石墨烯水溶液50ml。将氧化石墨烯GO与TiO2纳米管质量比＝1：3的比例加入P25，水热处理(120℃下反应6小时)，冷冻干燥后超声分散于乙醇溶液中，喷涂于聚丙烯无纺布或聚丙烯网上即可得光催化带或光催化网。
图4为二氧化钛纳米粒子与二维多孔石墨烯的复合工艺图及实施例3制备的基于二维多孔石墨烯的光催化材料的微观结构图，从图中微观结构可知纳米二氧化钛不仅可以和二维多孔石墨烯孔洞位置上的含氧官能团之间发生相互作用而复合，且同时纳米二氧化钛还可以原位锚定在二维多孔石墨烯或二维多孔氧化石墨烯的孔道之中，使得纳米二氧化钛与多孔石墨烯之间复合的更加牢固；
图7为实施例3制备的基于二维多孔石墨烯的光催化材料、对比例1中制备的石墨烯/TiO2复合材料、和P25的光催化性能循环性能对比图，P25/G为纳米二氧化钛/石墨烯，P25/PG为纳米二氧化钛/二维多孔石墨烯，从图7中可知在降解甲基橙实验中，二维多孔石墨烯/二氧化钛循环降解5次，其性能基本无衰减，而对比例1制备的简单的石墨烯/TiO2复合材料，再循环测试过程中性能出现衰减。
Claims (10)
1.一种基于二维多孔石墨烯的光催化材料的制备方法，其特征在于，将二维多孔石墨烯、二维多孔氧化石墨烯中的至少一种和纳米二氧化钛分散于溶剂中，在120～200℃下水热反应4～24小时，再经洗涤和干燥后，得到所述基于多孔石墨烯的光催化材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化钛包括二氧化钛纳米颗粒，二氧化钛纳米线、二氧化钛纳米管中的至少一种；优选地，所述二氧化钛纳米颗粒的粒径为20～60nm，所述二氧化钛纳米线的直径为10～60nm、长度为500nm～10μm，所述二氧化钛纳米管的直径为10～20nm、厚度为5～15nm、长度为500nm～5μm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述二维多孔石墨烯、二维多孔氧化石墨烯中的至少一种和纳米二氧化钛的质量比为1：（1～20），优选为1：（10～20）。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，将氧化剂、活化剂中至少一种、以及石墨烯分散液和氧化石墨烯分散液中至少一种混合后，在100～200℃下反应4～24小时，得到所述二维多孔氧化石墨烯或二维多孔石墨烯。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯分散液或氧化石墨烯分散液的浓度为0.5mg/ml～15mg/ml。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为HNO3、Ag2O、H2O2、KMnO4中的至少一种，所述活化剂为KOH。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为物理剥离石墨烯或由三维石墨烯气凝胶粉碎后得到。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为乙醇、二甲基甲酰胺DMF、二甲基乙酰胺DMA、氮甲基吡咯烷酮NMP、正己烷中的至少一种。
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备的基于二维多孔石墨烯的光催化材料。
10.一种由权利要求9所述的基于二维多孔石墨烯的光催化材料制备的涂层。
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| Zhang et al. | Ultrathin gC 3 N 4 nanosheets coupled with amorphous Cu-doped FeOOH nanoclusters as 2D/0D heterogeneous catalysts for water remediation | |
| Xia et al. | Novel Fe-Mn-O nanosheets/wood carbon hybrid with tunable surface properties as a superior catalyst for Fenton-like oxidation | |
| Dong et al. | Fabrication of 3D ultra-light graphene aerogel/Bi2WO6 composite with excellent photocatalytic performance: A promising photocatalysts for water purification | |
| Xu et al. | Visible-light-driven Ag/AgBr/ZnFe2O4 composites with excellent photocatalytic activity for E. coli disinfection and organic pollutant degradation | |
| Zhao et al. | A highly efficient composite catalyst constructed from NH2-MIL-125 (Ti) and reduced graphene oxide for CO2 photoreduction | |
| Yang et al. | Petal-biotemplated synthesis of two-dimensional Co3O4 nanosheets as photocatalyst with enhanced photocatalytic activity | |
| Wan et al. | Facile synthesis of mesoporous NiCo2O4 fibers with enhanced photocatalytic performance for the degradation of methyl red under visible light irradiation | |
| CN110385118B (zh) | 一种三维石墨烯/黑色二氧化钛复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN107174919A (zh) | 石墨烯改性的复合介孔碳微球空气净化剂 | |
| Kang et al. | Electron-rich biochar enhanced Z-scheme heterojunctioned bismuth tungstate/bismuth oxyiodide removing tetracycline | |
| Kianfar et al. | Recent advances in properties and applications of nanoporous materials and porous carbons | |
| CN112138702B (zh) | 三维/二维Ni-Co双金属氧化物/g-C3N4纳米复合材料及其制备方法与应用 | |
| Sun et al. | Bimetallic CuPd alloy nanoparticles decorated ZnO nanosheets with enhanced photocatalytic degradation of methyl orange dye | |
| CN107185493A (zh) | 石墨烯改性的复合介孔碳微球空气净化剂制备方法 | |
| Luo et al. | Facile synthesis of PVDF photocatalytic membrane based on NCQDs/BiOBr/TiO2 heterojunction for effective removal of tetracycline | |
| Qi et al. | Cu–Fe–FeC3@ nitrogen-doped biochar microsphere catalyst derived from CuFe2O4@ chitosan for the efficient removal of amoxicillin through the heterogeneous electro-Fenton process | |
| Chen et al. | Enhanced degradation performance of organic dyes removal by semiconductor/MOF/graphene oxide composites under visible light irradiation | |
| Zhang et al. | Oxygen activation of noble-metal-free g-C3N4/α-Ni (OH) 2 to control the toxic byproduct of photocatalytic nitric oxide removal | |
| CN112973753B (zh) | 一种z型异质结气凝胶型光催化材料的制备方法及其应用 | |
| Zhu et al. | Optimized pore configuration in solar-driven regenerable adsorbent for organic micro-pollutants removal | |
| Pan et al. | High-efficiency, compressible, and recyclable reduced graphene oxide/chitosan composite aerogels supported g-C3N4/BiOBr photocatalyst for adsorption and degradation of rhodamine B | |
| CN109046450B (zh) | 一种BiOCl/（BiO）2CO3负载的醋酸纤维素/丝素杂化膜的制备方法和应用 | |
| Wang et al. | Synergistic enhancement of the visible-light photocatalytic activity of hierarchical 3D BiOClxBr1-x/graphene oxide heterojunctions for formaldehyde degradation at room temperature | |
| Du et al. | ZIF-67/CoOOH cocatalyst modified g-C3N4 for promoting photocatalytic deep oxidation of NO |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200505 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |