一种制备TiO2石墨烯复合材料的方法技术

本发明专利技术的一种制备TiO2石墨烯复合材料的方法，属于无机材料制备技术领域。以传统Hummers方法制得氧化石墨烯，用NaHB4将一部分氧化石墨烯还原为石墨烯。再以钛酸丁酯为原料，乙醇和环己烷为溶剂，加入盐酸在80℃下回流，得到TiO2纳米粒子，再将TiO2分散液分别与氧化石墨烯(GO)和石墨烯(G)在室温下超声震荡复合，得到TiO2/GO与TiO2/G复合材料。本发明专利技术的方法简便易行，反应温度低，反应时间短，制得的复合材料产氢效果好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机材料制备的
，涉及一种制备催化产氢的TiO2氧化石墨烯(TiO2/GO)和TiO2石墨烯(TiO2/G)复合材料光催化剂的方法。
技术介绍
光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，包括二氧化钛(TiO2),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2),二氧化锆(ZrO2)，硫化镉(CdS)等多种氧化物、硫化物半导体，其中二氧化钛(TitaniumDioxide)因其氧化能力强，禁带宽度较宽(3.2eV)，对紫外光有良好的吸收，化学性质稳定、无毒，成为最为广泛应用的光催剂纳米材料。TiO2纳米材料是一种白色无机纳米材料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业，同时，二氧化钛有较好的紫外线掩蔽作用，常作为防晒剂掺入纺织纤维中，超细的二氧化钛粉末也被加入进防晒霜膏中制成防晒化妆品。最早的利用TiO2作为光催化剂分解水产氢是由Fujishima和Honda报道的(Fujishima,A.；Honda,K.Nature1972,37,238)。随后，人们对半导体材料光解水和空气净化的研究逐渐兴起，同时由于能源问题的日益严重，开发新型能源成为必然的路径，因此光解水产氢就成为开发新型能源方法中的研究热点。在TiO2的三种晶相中(锐钛矿相、金红石相、板钛矿相)，锐钛矿相和金红石相常被用作光催化剂，通常锐钛矿相的催化活性明显比金红石相的高，产氢性能上锐钛矿相的产氢效果也好于金红石相，所以锐钛矿相更经常被用作光催化剂。与锐钛矿相的TiO2相比，由于金红石相二氧化钛具有热稳定性好、密度和折射率高的特点，因此常被广泛应用于颜料和化妆品工业。TiO2作为半导体材料在吸收能量高于带隙能的能量后，电子受激发从价带跃迁到导带，产生电子/空穴对，光生电子还原水中的氢产生氢气，但是在半导体表面的电子和空穴很容易重新结合，从而减低产氢效率，为了阻止电子和空穴的结合，通常可以通过加入给电子体(有机物，例如EDTA、甲醇、乙醇等)、碳酸盐等方法，同时由于TiO2的禁带宽度(3.2ev)，只能吸收在可见光谱中波长小于380nm的光来激发产生电子/空穴，所以对可见光的利用率较低，产氢效率不高，因此还可通过在其表面负载贵金属、掺杂金属离子或阴离子、或者制备复合材料来提高对可见光的利用率。由于石墨烯具有良好的电子传输特性，能够很好的阻止电子和空穴的再次复合，因此将TiO2与石墨烯复合可有效提高产氢效果。在制备TiO2石墨烯复合材料中，由于需要TiO2充分结晶，所以目前常用的制备方法都需要经过高温煅烧，或者在氮气保护下煅烧，如Xiao-YanZhang等人利用溶胶凝胶法，在石墨烯溶液中滴加乙醇、钛酸丁酯、乙酸等超声，干燥，在450℃氮气保护下煅烧得到TiO2/G复合材料(J.Mater.Chem.2010,20,2801-2806)。但这种高温煅烧的方法一方面给制备复合材料带来不便，另一方面也消耗了过多的能源。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服传统制备方法中要经过高温煅烧，消耗过多能源的问题，提供一种简单易行、节省能源、反应时间短、成本低、产氢性能好的制备TiO2/GO和TiO2/G光产氢复合材料的方法。具体的技术方案如下：一种制备TiO2石墨烯复合材料的方法，有以下步骤：1)制备氧化石墨烯溶液，首先采用传统的Hummers法制备氧化石墨烯，然后离心，取上层清液，搅拌渗析两天，每两个小时换一次水，得到浓度为6g/L的氧化石墨烯溶液；2)制备石墨烯溶液，取部分步骤1)制得的氧化石墨烯溶液用等体积的水将其稀释为3g/L，加入NaBH4粉末搅拌24h，按质量比氧化石墨烯：NaBH4＝1：2，搅拌渗析两天，每两个小时换一次水，得到浓度为1.5g/L的石墨烯溶液；3)制备TiO2水分散液，在搅拌条件下将钛酸丁酯加入到体积比为1：1的乙醇和环己烷的混合溶液中，搅拌五分钟，滴入HCl溶液，再搅拌5min，80℃加热回流10h，离心，沉淀物用去离子水洗涤，烘箱中干燥，得到TiO2粉末，再将干燥后的TiO2粉末溶于水配成20g/L的TiO2水分散液；4)取步骤2)制备的1.5g/L的石墨烯溶液置于称量瓶中，室温下边超声边滴入步骤3)制备的20g/L的TiO2水分散液，超声4h，得到TiO2石墨烯(TiO2/G)复合材料，其中石墨烯的用量为TiO2质量的1％～10％。在本专利技术的一种制备TiO2石墨烯复合材料的方法中，在步骤4)中，石墨烯的用量优选为TiO2质量的1％。一种制备TiO2氧化石墨烯复合材料的方法，有以下步骤：1)制备氧化石墨烯溶液，首先采用传统的Hummers法制备氧化石墨烯，然后离心，取上层清液，搅拌渗析两天，每两个小时换一次水，得到浓度为6g/L的氧化石墨烯溶液；2)制备TiO2水分散液，在搅拌条件下将钛酸丁酯加入到体积比为1：1的乙醇和环己烷的混合溶液中，搅拌五分钟，滴入HCl溶液，再搅拌5min，80℃加热回流10h，离心，沉淀物用去离子水洗涤，烘箱中干燥，得到TiO2粉末，再将干燥后的TiO2粉末溶于水配成20g/L的TiO2水分散液；3)取步骤1)制备的6g/L的氧化石墨烯溶液置于称量瓶中，室温下边超声边滴入步骤2)制备的20g/L的TiO2水分散液，超声4h，得到TiO2氧化石墨烯(TiO2/GO)复合材料，其中氧化石墨烯的用量为TiO2质量的1％～10％。在本专利技术的一种制备TiO2氧化石墨烯复合材料的方法中，在步骤3)中，氧化石墨烯的用量优选为TiO2质量的1％。本专利技术的方法有以下有益效果：1、采用常温液相反应，反应温度低、反应时间短。2、反应溶剂和原料价格低，降低了反应成本。3、操作简单，易实施，可以工业化生产。4、不需要高温煅烧，TiO2的结晶性良好。5、制备的复合材料具有良好的产氢效果。附图说明图1为实施例1制得的TiO2/GO1Wt％复合材料的X-射线衍射谱图。图2为实施例1制得的TiO2/GO1Wt％复合材料的透射电子显微镜图片。图3为实施例1制得的TiO2/GO1Wt％复合材料高分辨透射电子显微镜图片。图4为实施例2制得的TiO2/GO5Wt％复合材料的X-射线衍射谱图。图5为实施例2制得的TiO2/GO5Wt％复合材料的透射电子显微镜图片。图6为实施例3制得的TiO2/GO10Wt％复合材料的X-射线衍射谱图。图7为实施例3制得的TiO2/GO10Wt％复合材料的透射电子显微镜图片。图8为实施例4制得的TiO2/G1Wt％复合材料的X-射线衍射谱图。图9为实施例4制得的TiO2/G1Wt％复合材料的透射电子显微镜图片。图10为实施例5制得的TiO2/G5Wt％复合材料的X-射线衍射谱图。图11为实施例5制得的TiO2/G5Wt％复合材料的透射电子显微镜图片。图12为实施例6制得的TiO2/G10Wt％复合材料的X-射线衍射谱图。图13为实施例6制得的TiO2/G10Wt％复合材料的透射电子显微镜图片。图14为各实施例制备的样品的产氢效果与商品化TiO2产氢效果对比图。具体实施方式实施例1氧化石墨烯的制备采用传统的H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备TiO2石墨烯复合材料的方法，有以下步骤：1)制备氧化石墨烯溶液，首先采用传统的Hummers法制备氧化石墨烯，然后离心，取上层清液，搅拌渗析两天，每两个小时换一次水，得到浓度为6g/L的氧化石墨烯溶液；2)制备石墨烯溶液，取部分步骤1)制得的氧化石墨烯溶液用等体积的水将其稀释为3g/L，加入NaBH4粉末搅拌24h，按质量比氧化石墨烯：NaBH4＝1：2，搅拌渗析两天，每两个小时换一次水，得到浓度为1.5g/L的石墨烯溶液；3)制备TiO2水分散液，在搅拌条件下将钛酸丁酯加入到体积比为1：1的乙醇和环己烷的混合溶液中，搅拌五分钟，滴入HCl溶液，再搅拌5min，80℃加热回流10h，离心，沉淀物用去离子水洗涤，烘箱中干燥，得到TiO2粉末，再将干燥后的TiO2粉末溶于水配成20g/L的TiO2水分散液；4)取步骤2)制备的1.5g/L的石墨烯溶液置于称量瓶中，室温下边超声边滴入步骤3)制备的20g/L的TiO2水分散液，超声4h，得到TiO2石墨烯复合材料，其中石墨烯的用量为TiO2质量的1％～10％。

【技术特征摘要】
1.一种制备TiO2石墨烯复合材料的方法，有以下步骤：1)制备氧化石墨烯溶液，首先采用传统的Hummers法制备氧化石墨烯，然后离心，取上层清液，搅拌渗析两天，每两个小时换一次水，得到浓度为6g/L的氧化石墨烯溶液；2)制备石墨烯溶液，取部分步骤1)制得的氧化石墨烯溶液用等体积的水将其稀释为3g/L，加入NaBH4粉末搅拌24h，按质量比氧化石墨烯：NaBH4＝1：2，搅拌渗析两天，每两个小时换一次水，得到浓度为1.5g/L的石墨烯溶液；3)制备TiO2水分散液，在搅拌条件下将钛酸丁酯加入到体积比为1：1的乙醇和环己烷的混合溶液中，搅拌五分钟，滴入HCl溶液，再搅拌5min，80℃加热回流10h，离心，沉淀物用去离子水洗涤，烘箱中干燥，得到TiO2粉末，再将干燥后的TiO2粉末溶于水配成20g/L的TiO2水分散液；4)取步骤2)制备的1.5g/L的石墨烯溶液置于称量瓶中，室温下边超声边滴入步骤3)制备的20g/L的TiO2水分散液，超声4h，得到TiO2石墨烯复合材料，其中石墨烯的用量为TiO2质量的1％～10％。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞广生，赵越，焦世惠，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22