[发明专利]一种可光催化VOC气体的红磷/石墨烯气凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及石墨烯气凝胶技术领域，具体为一种可光催化VOC气体的红磷/石墨烯气凝胶的制备方法，采用氧化石墨烯与烷基糖苷、三维纳米红磷、抗坏血酸、硬脂酸等进行混合制备得到石墨烯气凝胶，其中，以烷基糖苷为发泡剂起泡作为模板，既可使石墨烯气凝胶的三维结构更加稳定，又可在此过程中复合三维纳米红磷再次增加石墨烯气凝胶的比表面积，同时，在制备石墨烯气凝胶的过程中，利用烷基糖苷特殊的结构与特性，可以在快速搅拌产生浓密稳定的气泡，使得氧化石墨烯纳米片既可以附着在气泡上而且还可以与三维纳米红磷进行复合；最后，三维纳米红磷/石墨烯气凝胶可以进行多次的循环弹性测试而不会发生掉渣以及三维结构破坏。

技术领域

本发明涉及石墨烯气凝胶技术领域，具体为一种可光催化VOC气体的红磷/石墨烯气凝胶的制备方法

背景技术

太阳能作为地球上的一种可再生能源，引起了广泛的关注，由太阳能产生的学科也有相当多的研究。自20世纪70年代以来，利用半导体光催化技术解决环境相关问题已经引起了相当多的研究关注，由于可以将太阳能转化为化学能，并实现环境友好的化学过程，包括减少二氧化碳、降解污染物、杀菌消毒等应用。

然而，由于半导体光催化材料的物理和化学性质在很大程度上决定了光催化效率。例如TiO2作为常见的光催化剂，这种材料具有较大的带隙，而且在大部分情况下需要紫外线进行激发才可产生光催化效果，对于太阳光的利用率极低。

近年来，研究工作者研究了很多在可见光波段就可实现光催化的材料，例如g-C3N4、Ag3PO4、BiVO4、Bi2WO4，但是上述这些光催化材料的吸收边缘几乎都在400nm～500nm，对于可见光的利用也比较低，仅为43％左右。在过去的研究中，红磷由于其窄带隙、优异的可见光响应能力、无毒、储量丰富以及相比白磷和黑磷更加稳定便宜的特点，在光催化领域有着很深的潜力。

在实际应用中，光催化过程中电子空穴对的分离，就是有机污染物降解的原因。可是，电子空穴对的复合往往是同步发生的，进而使得电子空穴对的分离受到束缚。通常上为了有效地促进电荷之间的分离，选择另一种半导体光催化材料作为载体，用来充当电子存储层，以激发态接受电子，改善电荷分离，提高光降解效率。近些年一些导电碳材料比如石墨烯等材料比半导体有着更好的功函数，并小于大部分半导体材料的能级，可以接受半导体导带上的电子，以便形成高降解效率的复合材料。另外，碳材料的化学惰性、稳定性也是光催化应用时的另一个优点。而在碳材料中，石墨烯气凝胶作为近几年出现的一种三维的碳材料，由于其高孔隙率、高比表面积以及高吸附性，在有机物降解方面有着广泛的应用。

因此，结合红磷与石墨烯气凝胶开发出窄带隙、宽可见光吸收带、高比表面积的光催化复合材料是具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对以往无法制备出窄带隙、宽可见光吸收带的光催化复合材料的问题，提供一种工艺简单、成本低、可产业化、窄带隙、光催化效果好、宽可见光吸收带的红磷/石墨烯气凝胶的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可光催化VOC气体的红磷/石墨烯气凝胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1：将市售的微米级红磷溶于去离子水、乙二醇和氢氧化钠的混合溶剂中，混合搅拌得到均匀的混合溶液；

S2：将混合溶液加入到特氟龙内衬不锈钢反应釜中，进行水热反应，得到纳米级红磷红色凝胶；

S3：将纳米级红磷红色凝胶通过离心机分离得到红色沉淀物，并用去离子水和无水乙醇进行洗涤，洗涤后转移至鼓风烘箱中进行干燥，得到干燥后的红磷；

S4：将干燥后的红磷转移至真空管式炉中，在氩气气氛下进行退火，得到三维纳米级红磷；

S5：取部分三维纳米级红磷与氧化石墨烯溶液进行搅拌，再加入抗坏血酸、烷基糖苷与硬脂酸，搅拌至溶液起泡膨胀后置于鼓风烘箱中反应，得到样品；