[发明专利]一种稳定的石墨烯/氧化钛复合纳米溶胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稳定的石墨烯/氧化钛复合纳米溶胶及其制备方法。

背景技术

太阳能以其清洁、可再生、安全的特点，受到越来越多的关注。光催化技术正是利用太阳能进行能量转化的新技术，提高光催化的转化效率是推动这一技术广泛应用的重中之重。氧化钛以其无毒稳定、存储量高、价格便宜的特点一直以来受到光催化领域的关注。涂覆于玻璃或塑料衬底上的透明氧化钛薄膜已经成功的作为功能性薄膜应用于防雾、防菌、防霉、自清洁等领域。在光照条件下，薄膜中的氧化钛产生光生电子和空穴，Ti原子的状态变化使得薄膜从疏水转变为亲水，使得薄膜具备了防雾功能；光照产生的光生电子和空穴与周围的反应物发生化学反应，使得薄膜具备了防霉防菌以及自清洁的功能。但在氧化钛中，光照产生的电子极易和空穴复合，使得氧化钛的效率不高。众多研究者从各个角度探索了提高氧化钛效率的方法，其中发现，碳材料的负载(如富勒烯、碳纳米管等)可以有效提高光生电子和空穴的分离。石墨烯是近几年发现的一种新型二维碳材料，是目前世界上存在的在室温下电子传输速度最高的材料。石墨烯的负载可以起到电子传输通道的作用，将氧化钛上的光生电子及时导出，避免其与空穴的复合，进而提高氧化钛的光电转化效率，进而提高氧化钛薄膜的功能薄膜作用。

目前氧化钛/石墨烯的复合材料以粉体为主，并多需要通过高温或高压处理，这极大的限制了这种复合材料的使用。经文献检索发现，专利号为201010237588.4的发明专利中，采用反应釜制备的复合物为浆料、粉末形式，无法制备透明薄膜；专利号为200910196534.5的发明中，采用电子束辐照制备石墨烯基二氧化钛复合光催化剂，所得催化剂也为粉体状态；中国发明专利申请号为201110228170.1的发明专利，其复合催化剂虽以溶胶形式存在，但其使用的氧化钛为P25氧化钛，其颗粒大小在30nm以上，根据其溶液的pH值，此氧化钛石墨烯溶胶无法长时间稳定存在，也无法适应于工业化大规模的涂膜工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种稳定的石墨烯/氧化钛复合纳米溶胶及其制备方法。

本发明所提供的石墨烯/氧化钛复合纳米溶胶，是按照包括下述步骤的方法制备得到的：1)将氧化石墨烯溶于溶剂中，得到氧化石墨烯溶液，并用酸调节其pH值至1～6；

2)将钛酸四正丁酯和异丙醇的混合液加入到步骤1)得到的氧化石墨烯溶液中，并将混合物进行冷凝回流，得到溶胶；

3)向所述溶胶中加入还原剂进行反应；反应结束后对溶胶依次进行超声处理、渗析净化处理，得到石墨烯/氧化钛复合纳米溶胶。

其中，步骤1)中所述溶剂可为水或乙醇；

步骤1)中所述酸具体可为盐酸、硝酸或硫酸。

步骤2)中所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与钛酸四正丁酯的质量比为0.03125∶100～1.250∶100。

步骤2)中所述冷凝回流是通过水浴或油浴加热进行的，所述水浴或油浴的温度为50℃～150℃；所述冷凝回流时间不少于12小时，具体可为12～24小时。

步骤3)中所述还原剂为肼；所述还原剂与所述溶胶中氧化石墨烯的配比为1μL肼：(0.1mg～5mg)氧化石墨烯；所述反应在搅拌状态下进行，所述反应的温度为80℃以上，具体为95℃～150℃，所述反应的时间大于1小时，具体为5～12小时。

步骤3)所述超声处理的功率为100W以上，超声时间大于20分钟，具体为1～5小时。

本发明制备的石墨烯/氧化钛复合纳米溶胶可以稳定存在3个月之久。

该复合纳米溶胶中石墨烯包括其氧化状态及还原状态；石墨烯及其氧化物与二氧化钛的质量比为0.01∶100～5∶100。其中，氧化钛颗粒的粒径在2纳米至20纳米之间，主相呈锐钛矿晶型。

本发明的再一个目的是提供一种石墨烯/氧化钛复合薄膜，

本发明所提供的石墨烯/氧化钛复合薄膜是将上述石墨烯/氧化钛复合纳米溶胶涂覆于衬底上，干燥后得到的。