石墨烯复合光催化材料的制备及性能研究(4)
1.3.2 石墨烯复合光催化材料的制备
目前石墨烯复合光催化材料的制备主要是利用水热法和溶胶-凝胶法。
1.3.2.1 水热法
水热法是利用特制的密闭反应容器（一般为高压反应釜），采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重新结晶。影响水热反应的主要因素有：溶液浓度、溶液的pH 值、水热温度和反应时间等。
水热法能还原氧化石墨烯，可直接以氧化石墨烯和钛源试剂为材料，一步制备出氧化石墨烯复合材料。清华大学李景虹课题组[17]利用水热法一步合成TiO2( P25) /GE 复合材料，实验显示P25 /GE光降解亚甲基蓝的速率要高于P25 和P25 /CNTs。
使用水热法时一般流程为：在50ml烧杯中加入1ml的钛酸丁酯，40ml无水乙醇，以及1mg/ml的氧化石墨烯。搅拌均匀后转入50ml的内衬聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，然后再干燥箱中恒温加热。加热完毕后，进行冷却。再用去离子水和无水乙醇对所得产物进行过滤。完毕后，在60℃干燥箱中将其烘干。最后放入马弗炉中用400℃高温煅烧一小时，取出即得到石墨烯。
1.3.2.2溶胶-凝胶法
该方法一般以钛醇盐及无水乙醇为原料，加入少量水及不同的酸或有机聚合添加剂，经搅拌、陈化制成稳定的涂膜溶胶，最后利用溶胶将氧化石墨烯材料附着在各种载体上。
复旦大学的崔晓莉研究组[18]以钛酸四丁酯(TBOT)和石墨烯为原料，采用溶胶凝胶法制备TiO2与石墨烯的复合材料。该研究表明该材料在紫外-可见光下的光催化分解水制氢的活性比同等条件下商业P25提高了近2倍。
1.3.3石墨烯复合光催化材料的形成机理
以二氧化钛氧化石墨烯插层复合材料石墨烯复合光催化材料为例，能清晰表述石墨烯复合光催化材料的形成机理。
在一定浓度NaOH溶液作用下，大量水分子或钠的水化分子进入氧化石墨烯层间。层片被剥离并打碎成小片，从而形成具有更好分散性的氧化石墨烯小片。这些小片使得Ti（S04）2的水解产物[TiO]2+容易从边缘扩散进入片层间，而置换出层间的钠的水化分子。TiO2晶粒在成核生长过程中，一部分[TiO]2+基团会与氧化石墨烯边缘片层的C=O反应，将破碎的氧化石墨烯小片连接起来，形成较大的片层。溶液中[TiO]2+可通过异相成核方式成核生长，更多的TiO2晶粒则是溶液中[TiO]2+基团以在氧化石墨烯片层上最初生成的TiO2晶粒为界面，通过异相成核方式形成的[19-21]。最终合成了具有层状结构的二氧化钛氧化石墨烯插层复合材料。其他石墨烯复合光催化材料的形成机理除了在构筑物上有区别外，其他大致相同。
1.4 本课题研究的内容
石墨烯光催化材料之所以拥有卓越的光催化性能，究其根本，再于其拥有更大的比表面积，大大提高了材料对有机物的吸附能力，并且其较快的电子迁移率可以有效抑制光生电子空穴对的重组从而提高光催化性能。因此它在光电转换、光化学合成以及光催化氧化环境污染物等方面具有广阔的应用前景[18]。本课题主要从三个方面着手：
（1） 制备出具有较高可见光光催化活性的石墨烯及石墨烯复合光催化材料并采用XRD、SEM和Raman分析等手段对其进行结构表征。
（3）研究石墨烯复合光催化材料的光催化性能；
（4）明确影响石墨烯复合材料光催化降解污染物的因素；
2 实验试剂、仪器及表征和分析方法
2.1 主要试剂
试剂名称 纯度 生产厂家