[发明专利]石墨烯量子点-石墨烯-二氧化钛复合材料的制备方法

说明书

本发明的一种石墨烯量子点‑石墨烯‑二氧化钛复合材料的制备方法，属于纳米材料制备的技术领域，首先利用氧化石墨和二氧化钛制备石墨烯‑二氧化钛纳米管复合材料，然后利用柠檬酸和硫脲在DMF中制备氮硫掺杂石墨烯量子点溶液，最后将二者混合，避光搅拌24小时，离心分离，干燥，即得石墨烯量子点‑石墨烯‑二氧化钛复合材料。本发明所制备的复合材料具有优异的催化性能，在可见光条件下能够将染料降解，光催化效率相比以往的材料具有明显的提高，且环境友好，不会引入重金属离子，不会对处理过的水资源造成二次污染。

技术领域

本发明属于纳米材料制备的技术领域，具体涉及一种氮、硫共掺杂石墨烯量子点，石墨烯，二氧化钛纳米管复合材料的制备方法。

技术背景

随着全球社会发展，工业进步，环境问题也日益成为社会广泛关注的重要内容，对于水污染问题，也是日益严重。工业的发展伴随着大量有机染料排放，造成严重的废水问题。由于有机染料的成分复杂，毒性大，污染性强，很难完全降解。因此，对于催化剂的研究也是迫在眉睫。光催化剂的发展可以很好的解决这一问题，由于其催化剂制备简便，耗能少，降解速度快等优点，也成为全球专家的关注的热点。

二氧化钛得益于其强的氧化性，稳定性好，低廉无毒，是工业领域应用最广的材料。但是由于二氧化钛禁带较宽，光生电子和空穴的复合几率大，只能在紫外光下进行催化降解，光响应范围窄，需要消耗更多的能源。另一问题就是二氧化钛纳米粒子易团聚，比表面积小，导致对光源接收的有效面积小。二氧化钛纳米管的形貌可以很好地增加有效面积。

石墨烯作为新兴材料，由于其多方面优异的性质，给众多科研领域带来了可能。得益于石墨烯大的比表面积，优异的电子运输性质，与二氧化钛复合一定程度上解决了某些问题。与金属窄带半导体(硫化镉等)相比，氮，硫共掺杂石墨烯量子点既具有半导体的优良性质，同时具有石墨烯的优点，而且无毒，不会造成二次污染。其与石墨烯和二氧化钛纳米管复合，可以很好地抑制电子和空穴的复合，延长可见光范围，提高催化效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术存在的问题，提供一种包含氮、硫共掺杂石墨烯量子点，石墨烯及二氧化钛纳米管的复合材料的制备方法，使其在可见光下可以对染料进行降解，而且不会造成二次污染。

具体的技术方案如下：

一种石墨烯量子点-石墨烯-二氧化钛复合材料的制备方法，其步骤有：

(1)将氧化石墨溶于浓度为10M的NaOH溶液中，超声处理30分钟，使 氧化石墨分散，再加入二氧化钛(P25)，避光搅拌12小时，使二者充分混合，其中二氧化钛与氧化石墨的质量比为19～5.66:1；把搅拌好的悬浊液加入反应釜中，130～150℃下反应24小时，自然冷却至室温，离心分离；样品先用超纯水洗至中性，再用浓度为0.1M的HCl洗至PH＝1，再用超纯水洗至中性；样品离心后，干燥，得到石墨烯-二氧化钛纳米管复合材料；

(2)将柠檬酸和硫脲按质量比21：23(摩尔比1：3)在二甲基甲酰胺(DMF)中搅拌至全部溶解，在反应釜中160～180℃反应4～6小时后加入乙醇，离心分离，析出黑色固体，上清液即为氮硫掺杂石墨烯量子点溶液；

(3)将步骤(1)制备的石墨烯-二氧化钛纳米管复合材料加入到步骤(2)制备的氮硫掺杂石墨烯量子点溶液中，避光搅拌24小时，离心分离，干燥，即得石墨烯量子点-石墨烯-二氧化钛复合材料。

在本发明的步骤(1)中，二氧化钛与氧化石墨的质量比优选9:1。

在本发明中，步骤(1)中的二氧化钛与步骤(2)中的柠檬酸的用量按质量比优选2：7，且步骤(3)使用的是步骤(1)和步骤(2)制备的全部石墨烯-二氧化钛纳米管复合材料和氮硫掺杂石墨烯量子点溶液。

在本发明的步骤(1)中，在把搅拌好的悬浊液加入反应釜中后，优选在150℃下反应24小时。