一種微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光催化【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料及其制備方法。步驟如下：將氧化石墨烯溶于水中，超聲處理得到氧化石墨烯分散液；將硝酸銀和氧化鋅超聲分散于去離子水中得到混合溶液，在攪拌的條件下逐滴將其加入氧化石墨烯分散液中，得到混合前驅(qū)體；將配置好的磷酸鹽溶液緩慢滴加到上述氧化石墨烯、硝酸銀和氧化鋅的混合前驅(qū)體中繼續(xù)攪拌，將反應(yīng)所得到的灰綠色產(chǎn)物轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜中，一定溫度下水熱反應(yīng)，冷卻至室溫后離心后，分別用去離子水和無水乙醇洗滌后真空干燥得到所述復(fù)合材料。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、所需原料充足和產(chǎn)物性能優(yōu)越，在可見光激發(fā)下作用下對(duì)有機(jī)染料羅丹明B表現(xiàn)出較強(qiáng)的降解活性。
【專利說明】一種微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料及其制備方法，具體而言指一種用水熱法快速制備具有微納結(jié)構(gòu)石墨烯/磷酸銀/氧化鋅復(fù)合可見光催化材料的方法，屬于復(fù)合材料、光催化技術(shù)和水污染治理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅是一種光電性能獨(dú)特的半導(dǎo)體材料，具有活性高、無污染、儲(chǔ)量多、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)使其在光催化領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，但由于氧化鋅帶隙較大(3.7 eV)，只能利用整個(gè)可見光譜4%左右的光來受激產(chǎn)生電子-空穴對(duì)；而且其能帶結(jié)構(gòu)容易使產(chǎn)生的載流子對(duì)發(fā)生復(fù)合，導(dǎo)致其光催化效率進(jìn)一步降低，在擴(kuò)展氧化鋅可見光響應(yīng)范圍、延長(zhǎng)載流子壽命的諸多嘗試中，用窄帶隙半導(dǎo)體材料與氧化鋅復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料是一種行之有效的方法。
[0003]磷酸銀是一種窄帶隙半導(dǎo)體材料(2.4 eV)，具有強(qiáng)烈的可見光響應(yīng)特性和高效的污染物催化降解性能；同時(shí)，磷酸銀與氧化鋅能帶結(jié)構(gòu)可以很好的匹配，因此，將氧化鋅納米顆粒復(fù)合在磷酸銀微粒上形成具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光催化材料，不僅能夠擴(kuò)寬氧化鋅的可見光響應(yīng)范圍，而且在可見光激勵(lì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)時(shí)，氧化鋅導(dǎo)帶中的電子可以迅速轉(zhuǎn)移到磷酸銀的導(dǎo)帶(導(dǎo)帶:Zn0>Ag3P04)，磷酸銀中的空穴迅速轉(zhuǎn)移到氧化鋅的價(jià)帶(價(jià)帶:Ag3P04> ZnO)，避免了光生載流子的快速?gòu)?fù)合，也防止了電子與磷酸銀中的銀離子發(fā)生還原反應(yīng)使磷酸銀發(fā)生分解，提高了光催化劑的催化效率并增強(qiáng)材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
[0004]石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，單層碳原厚度不僅使其不僅適合功能納米材料的生長(zhǎng)，而且具有良好的電子傳導(dǎo)性，已經(jīng)被公認(rèn)為是催化劑的理想載體材料，實(shí)驗(yàn)以氧化石墨烯作為前體材料，在反應(yīng)的過程中控制磷酸銀成核和生長(zhǎng)，使最終生成的氧化鋅/磷酸銀/石墨烯復(fù)合光催化材料具有均一的形貌和較小的尺寸，石墨烯的高透光率、高的比表面積使所制得的復(fù)合光催化材料在溶液中具有很好的分散性和吸附性；其高的電導(dǎo)性進(jìn)一步加速光生電子對(duì)的分離，延長(zhǎng)活性組分的壽命，增強(qiáng)了復(fù)合光催化材料的催化活性，經(jīng)資料查證，以商業(yè)化氧化鋅、氧化石墨烯、硝酸銀和磷酸鹽為原料，運(yùn)用水熱法快速合成具有微納結(jié)構(gòu)的石墨烯/氧化鋅/磷酸銀復(fù)合可見光催化材料并用于光催化降解有機(jī)污染物和凈化水資源未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種流程簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、成本低廉制備可控形貌的微納結(jié)構(gòu)的石墨烯/氧化鋅/磷酸銀復(fù)合可見光催化材料的方法，制備的復(fù)合光催化材料具有強(qiáng)的可見光響應(yīng)特性和卓越的光催化降解污染物性能。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:以氧化石墨烯為前體材料，通過水熱法將微米結(jié)構(gòu)的棒狀氧化鋅和磷酸銀顆粒均勻地復(fù)合在納米尺度的石墨烯片層上，其具體制備方法步驟如下: (1)將氧化石墨烯溶于去離子水中超聲分散，得到濃度為0.02-0.2 wt%的氧化石墨烯分散液；
(2)將硝酸銀與氧化鋅溶解到去離子水中，超聲處理后得到硝酸銀和氧化鋅的混合前驅(qū)體溶液A，混合前驅(qū)體溶液A中硝酸銀的濃度為0.09 mol/L,氧化鋅的濃度為0.2-0.8wt% ;將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌條件下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，混合前驅(qū)體溶液A與氧化石墨烯分散液的體積比為1:1，混合溶液在室溫下繼續(xù)攪拌6-12h，得到混合前驅(qū)體溶液B ；
(3)將磷酸鹽溶于去離子水中，得到濃度為0.15 mol/L的磷酸鹽溶液；
(4)在磁力攪拌的條件下將步驟(3)制備的磷酸鹽溶液逐滴緩慢加入步驟(2)制備的混合前驅(qū)體溶液B中，磷酸鹽溶液與混合前驅(qū)體溶液B的體積比為1:5，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，混合溶液繼續(xù)攪拌30 -60min后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，160-200° C條件下反應(yīng)20-30 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0007]步驟3中所述的磷酸鹽為磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉或磷酸鈉。
[0008]步驟2中的所述混合溶液在室溫下繼續(xù)攪拌6_12h指以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌6-12h。
[0009]步驟4中混合溶液繼續(xù)攪拌30min-60min后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中指以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌30min-60min。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
a)氧化鋅與磷酸銀具有相匹配的能帶結(jié)構(gòu)，它們復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料可以促進(jìn)激勵(lì)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)的分離，還能提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
[0011]b)所制得的光催化材料有更寬的可見光響應(yīng)范圍和光能利用率。
[0012]c )將氧化石墨烯作為前驅(qū)體，氧化石墨烯表面的活性附著點(diǎn)能夠有效的控制氧化鋒和憐酸銀顆粒的粒徑和在石墨稀基體上的分布。
[0013]d)石墨烯大的比表面積和高的導(dǎo)電性使復(fù)合光催化材料具有良好的分散性、吸附性和電子-空穴對(duì)低復(fù)合性，使材料在可見光作用下具有高效的催化氧化能力。
[0014]e)制備的工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、節(jié)能環(huán)保并且材料的性能優(yōu)越。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料的掃描電子顯微鏡圖；
圖2為微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料的X射線衍射圖譜；
圖3為微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料的紫外-可見漫反射光譜圖；
圖4為微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料可見光下對(duì)羅丹明B的光催化降解曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但這些實(shí)施例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]實(shí)施例1 將10 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液，稱取1.529 g硝酸銀和200 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌6小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.426 g Na2HPO4溶于20 ml去離子水中，得到磷酸氫二鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸氫二鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌30分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，160° C條件下反應(yīng)30 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0018]實(shí)施例2
將20 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液，稱取1.529 g硝酸銀和300 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌8小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.426 g Na2HPO4溶于20 ml去離子水中，得到磷酸氫二鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸氫二鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌40分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，180° C條件下反應(yīng)24 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0019]實(shí)施例3
將50 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液，稱取1.529 g硝酸銀和400 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌10小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.426 g Na2HPO4溶于20ml去離子水中，得到磷酸氫二鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸氫二鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌50分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，200° C條件下反應(yīng)20 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0020]實(shí)施例4
將100 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液，稱取1.529 g硝酸銀和800 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌12小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.426 g Na2HPO4溶于20 ml去離子水中，得到磷酸氫二鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸氫二鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌60分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，200° C條件下反應(yīng)20 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。[0021]實(shí)施例5
將10 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液，稱取1.529 g硝酸銀和200 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌6小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.36 g NaH2PO4溶于20 ml去離子水中，得到磷酸二氫鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸二氫鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌30分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，160 ° C條件下反應(yīng)30 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0022]實(shí)施例6
將20 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液，稱取1.529 g硝酸銀和300 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌8小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.36 g NaH2PO4溶于20 ml去離子水中，得到磷酸二氫鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸二氫鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌40分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，180 ° C條件下反應(yīng)24 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0023]實(shí)施例7
將50 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液，稱取1.529 g硝酸銀和400 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌10小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.36 g NaH2PO4溶于20 ml去離子水中，得到磷酸二氫鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸二氫鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌50分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，200° C條件下反應(yīng)20 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0024]實(shí)施例8
將100 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液，稱取1.529 g硝酸銀和800 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌12小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.36 g NaH2PO4溶于20 ml去離子水中，得到磷酸二氫鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸二氫鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌60分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，200° C條件下反應(yīng)20 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0025]實(shí)施例9
將10 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液。稱取1.529 g硝酸銀和200 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌6小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.49 g Na3PO4溶于20 ml去離子水中，得到磷酸鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌30分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，160 ° C條件下反應(yīng)30 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0026]實(shí)施例10
將20 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液。稱取1.529 g硝酸銀和300 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌8小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.49 g Na3PO4溶于20 ml去離子水中，得到磷酸鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌40分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，180 ° C條件下反應(yīng)24 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0027]實(shí)施例11
將50 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液。稱取1.529 g硝酸銀和400 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌10小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.49 g Na3PO4溶于20 ml去離子水中，得到磷酸鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌50分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，200 ° C條件下反應(yīng)20 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0028]實(shí)施例12
將100 mg氧化石墨烯分散于50 ml去離子水中超聲5小時(shí)得到氧化石墨烯分散液。稱取1.529 g硝酸銀和800 mg ZnO溶于50 ml去離子水中超聲30分鐘后，得到混合前驅(qū)體溶液A，將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌10小時(shí)得到混合前驅(qū)體溶液B ;稱取0.49 g Na3PO4溶于20 ml去離子水中，得到磷酸鈉溶液，攪拌條件下將配好的磷酸鈉溶液滴加到混合前驅(qū)體溶液B中，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，滴加完畢后混合溶液以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌60分鐘后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，200 ° C條件下反應(yīng)20 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
[0029]圖1為所制備的微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料的掃描電鏡圖，從圖中我們可以看出，細(xì)小的Ag3PO4顆粒聚集在氧化鋅棒周圍，圖中也能看見薄片狀的石墨烯片層；圖2為所制備的微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料的X射線衍射圖，衍射圖中所有的衍射峰均很好的對(duì)應(yīng)于響應(yīng)的磷酸銀和氧化鋅，由于反應(yīng)物中加入氧化石墨烯量較少，所以還原后得到的石墨烯含量也較低，另外石墨烯的衍射峰強(qiáng)度相對(duì)晶化的磷酸銀和氧化鋅衍射峰而言很弱，所以在X射線衍射圖譜中未能觀察到來源于石墨烯的衍射峰；圖3為所制備的微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料的紫外-可見漫反射光譜圖，從圖中我們可以看出，該復(fù)合材料在整個(gè)紫外可見光區(qū)(200-800 nm)都具有較好的吸收，吸光度超過0.8。
[0030]將50 mg的微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料超聲分散于100毫升25 mg/L的羅丹明B溶液中后超聲10分鐘，混合均勻的分散液轉(zhuǎn)移到氙燈光催化反應(yīng)器中的石英瓶中，黑暗條件下攪拌30分鐘使其達(dá)到吸附平衡后打開氙燈光源，每隔10分鐘用注射器抽取4 mL照射后的混合分散液轉(zhuǎn)移到標(biāo)記的離心管中，可見光照射I小時(shí)后關(guān)閉氙燈光源，將所有的離心管中的樣品離心分離，離心后所得到的上層清液進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到石英比色皿中在紫外-可見分光光度計(jì)上測(cè)定不同光催化時(shí)間下的吸光度，從而得到各個(gè)時(shí)間段下微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料在可見光照射下對(duì)羅丹明B的光催化降解曲線圖。
[0031]圖4為實(shí)施例1所制備出的微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料在可見光條件下(200-800 nm)對(duì)羅丹明B的光催化降解曲線圖，從圖4中可以看出，該復(fù)合材料在可見光照射30分鐘后對(duì)羅丹明B的降解率接近80%，在可見光照射40分鐘后降解率達(dá)到100%，光催化降解曲線圖表明微納結(jié)構(gòu)的石墨烯/磷酸銀/氧化鋅復(fù)合光催化材料在可見光照射下對(duì)有機(jī)染料羅丹明B具有高效的光催化降解效果。
【權(quán)利要求】
1.一種微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料，其特征在于:所述復(fù)合可見光催化材料由氧化鋅、磷酸銀以及石墨烯三種材料復(fù)合而成；該復(fù)合可見光催化材料在200-800 nm的紫外可見光區(qū)都具有較好的吸收，吸光度超過0.8 ;所述復(fù)合可見光催化材料在200-800nm的紫外可見光激發(fā)下對(duì)有機(jī)染料羅丹明B具有高效的光催化降解效果:對(duì)25 mg/L的羅丹明B溶液30分鐘降解率超過80%，40分鐘降解率達(dá)到100%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將氧化石墨烯溶于去離子水中超聲分散，得到濃度為0.02-0.2 wt%的氧化石墨烯分散液； (2)將硝酸銀與氧化鋅溶解到去離子水中，超聲處理后得到硝酸銀和氧化鋅的混合前驅(qū)體溶液A，混合前驅(qū)體溶液A中硝酸銀的濃度為0.09 mol/L,氧化鋅的濃度為0.2-0.8wt% ;將混合前驅(qū)體溶液A在磁力攪拌條件下滴加到上述氧化石墨烯分散液中，混合前驅(qū)體溶液A與氧化石墨烯分散液的體積比為1:1，混合溶液在室溫下繼續(xù)攪拌6-12h，得到混合前驅(qū)體溶液B ； (3)將磷酸鹽溶于去離子水中，得到濃度為0.15 mol/L的磷酸鹽溶液； (4)在磁力攪拌的條件下將步驟(3)制備的磷酸鹽溶液逐滴緩慢加入步驟(2)制備的混合前驅(qū)體溶液B中，磷酸鹽溶液與混合前驅(qū)體溶液B的體積比為1:5，直至反應(yīng)體系中出現(xiàn)灰綠色渾濁，混合溶液繼續(xù)攪拌30 -60min后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并將內(nèi)膽密封到不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，160-200° C條件下反應(yīng)20-30 h，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得到的產(chǎn)物離心分離后用去離子水和無水乙醇分別洗滌后真空干燥。
3.如權(quán)利要求1所述的一種微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料的制備方法，其特征在于步驟(2)中的所述混合溶液在室溫下繼續(xù)攪拌6-12h指以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌6-12h。
4.如權(quán)利要求1所述的一種微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的磷酸鹽為磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉或磷酸鈉。
5.如權(quán)利要求1所述的一種微納結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合可見光催化材料的制備方法，其特征在于步驟(4)中混合溶液繼續(xù)攪拌30min-60min后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中指以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度繼續(xù)攪拌30min-60min。
【文檔編號(hào)】B01J27/18GK103480398SQ201310429025
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】楊小飛, 秦潔玲, 李揚(yáng), 李 榮, 唐華 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)