[发明专利]一种异质结构多功能复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种石墨烯/磷酸银立方体/二氧化钛异质结构多功能复合材料的制备方法，特别是指一种水热法制备，利用氨水进行形貌结构调控的石墨烯/磷酸银立方体/二氧化钛异质结构多功能复合材料的方法，属于复合材料、生物抗菌、光催化技术和水污染治理领域。

背景技术     

众所周知，二氧化钛作为半导体光催化材料获得了广泛的关注，但是，二氧化钛光吸收范围较窄（仅限于紫外光区）、量子效率较低，特别是其可见光响应程度低导致其在可见光照射下光催化活性有限；磷酸银作为一种新型的光催化材料，在可见光激发下，具有分散的能带结构，禁带宽度相对较窄，使得光生载流子的复合速率大大降低，量子效率得到很大提高，从而表现出优异的可见光光催化活性；而且，由于磷酸银是一种银的化合物，所以具有较好的杀菌效果；然而，由于磷酸银是一种银的化合物，成本相对较高，这在一定程度上限制了其大规模的生产和应用。

    石墨烯是碳材料的有一种同素异形体，是一种良好的载体材料，在其上面负载纳米颗粒可以得到很好的分散性；更为重要的是，石墨烯还是一种电子受体材料，将石墨烯与二氧化钛复合，在两种材料的界面，二氧化钛导带上的光激发电子会转移到石墨烯的能带上，从而大大降低了电子-空穴对的复合率，是二氧化钛具有更高的催化活性，由于能带的调整，石墨烯还能发挥光敏剂的作用，是二氧化钛的光吸收范围扩大到可见光区，有效提高了对太阳能的利用率。

尽管石墨烯与二氧化钛复合所制备的复合光催化剂已经表现出了优异的性能，受到了研究者的广泛关注，为了进一步提高石墨烯基复合材料的光催化性能，并充分发挥其他性能，科研人员还开发出了多体系多功能的复合光催化材料，发明专利[201210380928.8]介绍了一种利用水热法合成石墨烯/磷酸银/二氧化钛双功能复合材料的方法，虽然利用这种方法得到了比表面积大、热稳定性高的双功能的可见光光催化材料，而且这种材料还具有较强的光催化活性和较好的降解有机污染物的性能，以及一定的抗菌活性、抑制和杀灭环境中常见的细菌和微生物的能力；但是，这种方法是在分散均匀的硝酸银溶液中直接滴加磷酸氢二钠，反应迅速生成磷酸银黄色沉淀，并与氧化石墨烯和二氧化钛进行复合的，由于反应的速度过快会导致磷酸银颗粒大面积的聚集，从而生成颗粒较大的球形磷酸银结构，而且，这种材料的结构并不可控，形貌并不规则，在一定程度上会影响材料的光催化性能和降解有机污染物的能力。  

目前以P25、硝酸银、磷酸盐和氧化石墨烯为原料，利用不同配比的氨水进行结构形貌调控，通过水热法制备微纳结构的石墨烯/磷酸银立方体/二氧化钛异质结构多功能复合材料，并将其应用于光催化降解有机污染物和杀灭细菌和微生物未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过程简便、安全环保、价格低廉的运用水热合成法制备立方结构的石墨烯/磷酸银/二氧化钛异质结构多功能复合材料的方法，制备的异质结构多功能复合材料不仅具有尺寸均匀、形貌单一的立方体结构，还具有优越的光催化性能、高效降解有机污染物的能力以及较强的光谱杀菌效果。

实现本发明所采用的技术方案为：一种石墨烯/磷酸银/二氧化钛异质结构多功能复合材料，其具体制备方法步骤如下：

(1) 将氧化石墨烯溶于去离子水中超声得到氧化石墨烯分散液；

(2) 将硝酸银溶解到去离子水中得到硝酸银溶液，在磁力搅拌条件下逐滴滴加到上述氧化石墨烯分散液中，滴加完毕后继续慢速搅拌均匀，得到混合前驱体溶液A； 

(3) 配制浓度为0.15 mol/L的氨水，在磁力搅拌的条件下逐滴滴加到混合前驱体溶液A中，滴加完毕后继续搅拌均匀得到混合溶液B，混合溶液B中氧化石墨烯的浓度为0.01-0.15 wt%，硝酸银的浓度为0.48 wt%，氨水的浓度为0.056 mol/L；

(4) 将磷酸氢二钠溶于去离子水中，得到浓度为0.15 mol/L的磷酸氢二钠溶液，将磷酸氢二钠溶液逐滴滴加上述混合前驱体溶液B中，直至反应体系中出现灰绿色浑浊，停止滴加继续搅拌均匀得到混合体系C；