石墨烯复合光催化材料的制备及性能研究(2)
3.2.2铁酸铋-石墨烯复合光催化材料的制备 13
3.3 石墨烯及铁酸铋-石墨烯复合材料的表征 13
3.3.1 XRD表征 13
3.3.2 SEM分析 15
3.3.3 Ranman分析 15
4 光催化性能的研究 16
4.1 不同石墨烯负载量对光催化性能的影响 16
4.2 催化剂用量对光催化性能的影响 18
4.3 降解物初始浓度对光催化性能的影响 20
结论 23
致谢 24
参考文献： 25
1 绪论
1.1 可见光催化技术
光催化技术是利用光做能源，纳米复合材料做催化剂的新兴绿色技术。它对有机物的降解无选择性，能有效地将有机污染物转化为无机小分子，达到完全无机化。我们可以利用此技术解决诸多难降解物质，如氯仿，有机氮磷化合物，多氯联苯，多环芳烃等。总体来说这项新技术操作简便；由于利用可见光做能源，反应条件温和且能耗低；能达到完全无机化，无二次污染产生。目前，环境与能源问题，是我们面临的必须解决的重大问题，而可见光催化技术由于清洁和可直接利用太阳能的特性，成为理想的环境污染治理和清洁能源生产技术[1]。并且可见光催化技术在可见光照射的条件下就能实现反应，相较于紫外光催化，具有能耗低，能源利用率高等优点。
目前光催化技术主要应用于以下领域：废水处理（包括染料废水，含油废水，无机污染物废水等）；废气处理，如空气净化；杀菌；表面自洁；光解水制氢等。
光催化反应的简要机理为：当光子能量高于禁带宽度的光照射到催化材料表面时，半导体的价带电子发生带间跃迁，从价带跃迁到导带，在价带上产生空穴。在电场作用下分离并且迁移到粒子的表面，在半导体颗粒的表面形成电子-空穴对，从而形成一个强大的氧化还原氛围。此时，周围的化合物发生相应的氧化还原反应，达到去除污染物的目的[2]。
光催化剂是一种在光的照射下自身不起变化，却可以促进化学反应的物质。不同的光催化剂的光催化性能及使用条件方法等差别很大，光催化剂的种类非常多，如：WO3、BiVO4、SnO2、TiO2、Fe2O3、PbS、CdS、SiO2等，但其中大多数易发生化学或光化学腐蚀，使得光催化技术在一定程度上受到限制。这其中TiO2不仅具有很高的光催化活性，且具有耐酸碱腐蚀，成本低，无毒等优点，是目前研究最多，应用最广泛的光催化剂。但是在利用TiO2进行光催化时仍存在几个关键的技术性难题：（1）光量子产率低，约为4%, 最高的也小于10%；（2）太阳能利用率低， TiO2 光催化剂只能吸收利用太阳光中的紫外线部分；（3）光催化剂的负载技术难以在保持高催化活性的前提下在不同材料表面均匀、牢固地负载催化剂[3]。这些难题制约着光催化技术的广泛应用，因此开发能应对以上三个问题的高效新光催化剂成为发展光催化技术的唯一出路。
1.2 石墨烯及石墨烯复合光催化材料
在寻求高效新型光催化剂的道路中，石墨烯本着优越独特的性能使其备受瞩目。石墨烯近年来被发现的二文碳原子晶体，由sp2 杂化的碳原子以吹冰边形排列形成周期性蜂窝状的二文碳质新材料。它的厚度非常小，只有0. 335nm，并且它还具有很多独特且优异的性能，如：它是世上最坚固的材料，理论比表面积高达2630m2/g，具有良好的导热性和室温下高速的电子迁移率等[4]。
石墨烯具有比碳纳米管更为优异的导电性，可以传导光照产生的电子，提高电子空穴对的分离效率。且不局限于只能利用紫外光进行光催化，在可见光条件下同样能进行催化，大大提高能源利用率。相对于光激发TiO2产生的电子空穴对极易复合，利用石墨烯独特的电子传输特性能大大降低光生载流子的复合，从而提高催化效率[5-6]。鉴于其优异的性能，极大的比表面积以及较低的生产成本( 相对于碳纳米管) ，石墨烯非常适合于开发高性能的复合材料，尤其是复合光催化材料。