[发明专利]光催化法制备光催化剂/石墨烯一维核壳复合结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂/石墨烯复合纳米材料技术领域，尤其涉及一种制备光催化剂/石墨烯一维核壳复合结构的制备方法。

背景技术

现有技术：石墨烯（GE）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维平面材料，其基本重复结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，单层石墨烯理论比表面积高达2630 m²/g。最常用的制备方法是化学还原法。但是由氧化石墨烯还原为石墨烯的过程中，碳原子由sp³杂化转变为sp²杂化，导致石墨烯发生不可逆团聚，产物比表面积下降至仅有1 m²/g（[1] 柏嵩，沈小平. 石墨烯基无机纳米复合材料. 化学进展 2010, 22, 2010-2118; [2] 徐超，陈胜，汪信. 基于石墨烯的材料化学进展. 应用化学 2011, 28, 1-9.）。

将无机材料（如金属和半导体纳米粒子）分散到石墨烯中制备石墨烯/无机纳米复合材料，由于无机纳米粒子的存在，可以大大减少石墨烯片层之间的相互作用，一定程度上防止石墨烯的团聚。因此，采用无机纳米粒子修饰石墨烯片是一种有效阻止石墨烯团聚的方法。目前，人们已经制备的石墨烯/无机氧化物（GE/TiO₂、GE/Li₄Ti₅O₁₂、GE/SnO₂、GE/Co₃O₄、GE/ZnO、GE/Fe₃O₄、GE/Al₂O₃、GE/LiFePO₄等）、石墨烯/金属（GE/Ag、GE/Au、GE/Pt、GE/Pd、GE/Co等）、石墨烯/高分子（GE/聚苯乙烯、GE/聚乙酸乙烯酯）的复合纳米颗粒。在已报道的文献、专利中，金属、金属氧化物均为三维的纳米颗粒([1] 柏嵩，沈小平. 石墨烯基无机纳米复合材料. 化学进展 2010, 22, 2010-2118)。

发明内容

技术问题：本发明提供一种光催化法制备光催化剂/石墨烯一维核壳复合结构的方法,利用一维光催化剂光催化特性，将氧化石墨烯还原为石墨烯，生成新颖的具有核壳结构的光催化剂/石墨烯一维核壳复合纳米材料。

技术方案：光催化法制备光催化剂/石墨烯一维核壳复合结构的方法，制备步骤为：将氧化石墨烯分散在溶剂中，配制浓度为0.01-10 mg/mL的氧化石墨烯胶体；将一维结构的光催化剂分散在溶剂中，配置浓度为0.01-1000 mg/mL的光催化剂悬浮液；将上述溶液按质量比100：1-1：100混合搅拌，置于开口容器中光照0.5-1000 h；反应结束后，在将产物离心分离，干燥。

所述氧化石墨烯分散溶剂为水或者乙醇。

所述一维结构为纳米纤维、纳米管或纳米棒。

所述光催化剂为TiO₂、ZnO、ZrO₂、SnO₂、N掺杂TiO₂、S掺杂TiO₂、N和S共掺杂TiO₂或N掺杂ZnO。

所述光催化剂分散溶剂为水或者乙醇。

所述光照为可见光照或者紫外光照。

所述搅拌速度为不超过800 rpm/min。

所述离心速度为500-13000 rpm/min，离心时间为1-60 min。

在光照条件下，氧化石墨烯被光催化剂还原为石墨烯，在还原反应发生过程中，光催化剂的位阻效应可以有效防止石墨烯的团聚，并且二维的片状氧化石墨烯发生卷曲包裹在一维的光催化剂表面，形成新颖的光催化剂/石墨烯核壳结构。

有益效果：

利用光催化还原法制备一维半导体/石墨烯复合纳米纤维，方法简便；采用光催化反应法还原氧化石墨烯，可以克服氧化石墨烯在还原过程中出现不可逆团聚的现象，产物具有良好的分散性。制备出的光催化剂/石墨烯产物是一种新的复合材料，具有新颖的纳米核壳结构和新颖的物理化学性质；反应体系未添加任何有机物作为表面活性剂，产物纯净，无需复杂的分离、提纯过程；以水或乙醇作为反应溶剂，来源广泛、价格低廉；可以在可见光、紫外光照条件下进行反应，因此可以利用自然光进行生产；制作过程在常温常压下进行，无烧结工艺，节约生产能耗；制备方法中无任何有毒有害试剂，对环境友好，无污染；方法快速便捷、简单易学，重现性好，并且制造成本低，工艺简单，效率高。