[发明专利]石墨烯-磷酸银复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于环境污染治理中的光催化技术，特别涉及一种具有优越可见光催化性能的石墨烯-磷酸银复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济和社会的迅速发展，环境问题尤其是水污染问题，已经成为当今世界关注的主要问题之一。有机染料废水是目前水污染的主要来源之一，由于有机染料难降解，容易在水中积累，严重威胁生态环境和人类健康，所以如何以低成本、高效率、条件温和的技术解决水污染问题是目前环境问题研究的热点课题。由于光催化技术工艺简单、过程环保，尤其以无机半导体为光催化剂，利用可见光催化降解有机污染物被证明是解决水污染问题的最为有效的方法之一。该方法真正能使我们实现利用太阳能解决水污染等环境问题。

进年来磷酸银在降解有机染料、杀菌及产氧等方面显示出非常优越的光催化活性，在可见光下(λ>420nm)产氧量子效率能达到90%，远远高于常见二氧化钛、氧化锌等半导体光催化材料，被认为是一种非常有应用前景的光催化材料。但是由于磷酸银在光催化反应过程中容易被光生电子还原成单质银，而使其催化性能显著降低，所以重复差大大增加了其成本。如果磷酸银上的光生电子能够迅速的迁移到其它载体上，降低光生电子与银离子的结合几率，不仅可以提高磷酸银的光催化效率，而且也可以大大改善其的重复使用性能(Z.G.Yi,J.H.Ye,N.Kikugawa,T.Kako,S.X.Ouyang,H.Stuart-Williams,H.Yang,J.Y.Cao,W.J.Luo,Z.S.Li,Y.Liu and R.L.Withers,Nat.Mater,2010,9,559；Y.Bi,S.Ouyang,J.Cao and J.Ye,PCCP,2011,13,10071；H.Zhang,H.Huang,H.Ming,H.Li,L.Zhang,Y.Liu and Z.Kang,J.Mater.Chem.,2012；W.Yao,B.Zhang,C.Huang,C.Ma,X.Song and Q.Xu,J.Mater.Chem.,2012,22；Y.Liu,L.Fang,H.Lu,L.Liu,H.Wang and C.Hu,Catal.Commun.,2012,17,200)。

自从2004年石墨烯被发现以来，备受科学界广泛关注。石墨烯作为新型的碳材料，具有大的比表面积、优异的导电性能、强的拉伸模量及高的本征强度，而且易于低成本规模化生产。这些优异的性能使得石墨烯在电子器件、超级电容器、气体传感器，尤其在纳米复合光材料领域有广阔的前景。由于石墨烯在可见光和近红外光有强的吸收性能，而且具有极好电子传输性能，文献表明，与二氧化钛、氧化锌等半导体材料复合后可以明显提高光催化效率，但是传统的半导体材料的光催化效率较弱，还不能充分吸收和利用太阳光中的可见光和红外光，所以在实际应用中有很大的局限性(G.D.Jiang,Z.F.Lin,C.Chen,L.H.Zhu,Q.Chang,N.Wang,W.Wei and H.Q.Tang,Carbon,2011,49,2693；C.Chen,W.M.Cai,M.C.Long,B.X.Zhou,Y.H.Wu,D.Y.Wuand Y.J.Feng,Acs Nano,2010,4,6425；B.Li,T.Liu,Y.Wang and Z.Wang,J.Colloid Interface Sci.,2012,377,114；Y.Zhang,N.Zhang,Z.-R.Tang and Y.-J.Xu,PCCP,2012,14,9167；S.Liu,C.Liu,W.Wang,B.Cheng and J.Yu,Nanoscale,2012,4,3193.)。

发明内容

本发明的目的是为了进一步增强磷酸银的光吸收能力和光催化性能，以及克服磷酸银在光催化反应过程中容易被光生电子还原成金属银而大大降低了重复使用性能的缺点，从而提供一种石墨烯-磷酸银复合光催化剂，以在提高磷酸银的光催化剂的催化活性的同时改善其化学稳定性。

本发明的再一目的是利用石墨烯特殊的化学结构，使磷酸银吸附在石墨烯的表面，使磷酸银表现出优越的光催化效果及良好的重复使用性能，从而提供一种工艺简单、成本低廉、合成条件温和的石墨烯-磷酸银复合光催化剂的制备方法。

本发明的另一个目的是提供石墨烯-磷酸银复合光催化剂的应用。

本发明的石墨烯-磷酸银复合光催化剂是通过将任意微纳米粒径、形貌的磷酸银微纳米颗粒与石墨烯进行复合得到的，其是在石墨烯的表面吸附有磷酸银微纳米颗粒。