２０１０年全国太阳能光化学与光催化学术会议

氧化石墨烯．二氧化钛复合光催化剂制备及光催化性能增强

周锋８，ｖ，朱永法ｂ”

（８大连海事大学材料科学与工程系，大连邮编１１６０２６：

６清华大学化学系，北京邮编１０００８４）

摘要：利用超声分散法制备了氧化石墨烯一二氧化钛复合光催化剂。结果表明，氧化石墨烯在二氧化钛表面的杂化可以将光催化活性提高６０％。光催化性能的提高来自于迁移至表面的光生电子能够与杂化的氧化石墨烯层反应生成石墨烯，从而抑制了光生电子与空穴的复合，促进了光生电子和空穴有效分离，提高了光催化效率。

关键词。氧化石墨烯，二氧化钛，光催化，杂化

能源和环境一直以来都是影响人类社会发展的两个重要因素，特别是近年，能源和环境问题已经成为人类生存和发展所面临的两大关键问题。利用太阳能进行光催化降解净化的方法对环境污染物的净化具有能耗低、反应条件温和及无二次污染等优点，是目前具有广泛应用前景的环境污染深度治理的重要方法之一。Ｔｉ０２光催化剂目前仍是性能最好、最具有应用前景的光催化剂，但还存在降解活性较慢的局限。近二十多年来，对Ｔｉ０２光催化剂进行了广泛的改性研究，其中包括催化剂表面贵金属的沉积［１，２】、半导体光催化剂的复合【３，４】、光催化剂的离子掺杂［５，６】、光敏化［７】以及形成中孔结构［８】等。许多文献［９～１２］也报道了采用新型碳材料诸如碳纳米管、Ｃ６０、类石墨碳材料、石墨烯等与光催化剂杂化形成复合材料，增强了材料对有机物、污染物的光催化性能。氧化石墨是一种具有层状结构的非化学计量材料，具有比表面积大、离子交换能力强的特点，这些特点赋予了其良好的复合能力，我们将氧化石墨烯与二氧化钛光催化剂进行了复合，并研究了对光催化性能的影响。

氧化石墨烯．二氧化钛复合光催化剂制备的典型反应过程如下：将预处理过的天然石墨采用Ｈｕｍｍｅｒ’ｓ化学法氧化成石墨氧化物（Ｇｏ）：经预处理的３９天然石墨粉加入到１２０ｍｌ，０ｏＣ的浓Ｈ２ｓ０４中，接着将１５９ＫＭｎ０４边搅拌边缓慢加入到上述混合溶液中并继续在３５ｏｃ以下搅拌２小时。接下来加入２５０ｍｌ去离子水稀释混合液，继续搅拌混合物２小时后再加入７００ｍｌ去离子水和２０ｍｌ３０％的Ｈ２０２，可以看到在冒出大量气泡的同时溶液颜色由黑色转变为亮黄色。将得到的亮黄色溶液用１：１０的盐酸和去离子水洗涤并抽滤至干，得到的固体放置在真空烘箱中４０ｏＣ条件下干燥７天即得到石墨氧化物（Ｇｏ）。称取一定量的石墨氧化物配制成浓度为Ｏ．０５％的溶液，然后将溶液超声３０分钟将石墨氧化物剥离成氧化石墨烯片。将Ｏ．４９Ｔｉ０２加入到均一分散的氧化石墨烯分散液中，搅拌超声使Ｔｉ０２分散均匀后在真空烘箱中干燥１２小时，即制得实验所需的氧化石墨烯．二氧化钛复合光催化剂。

光催化剂的光催化性能的评价，采用在紫外光下液相降解有机污染物的评价方式。紫外降解采用１１Ｗ（ｋ＝２５４ｎｍ）的杀菌灯，将１０ｍｇ光催化剂粉末分别投入到１００ｍｌＭＢ（ｃｏ＝１０巧ｍｏｌ／Ｌ）溶液中。紫外灯和液面之间的距离是１０ｃｍ，紫外光平均光强Ｏ．５５ｍＷ／ｃｍ２。每隔固定时间间隔取一次溶液，离心分离出粉末后，用ＨｉｔａｃｈｉＵ．３０１０紫外．可见分光光度计测定溶液的吸光度。采用Ｈｉｔａｃｈｉ２０１１高分辨场发射透射电镜对合成的氧化石墨烯．二氧化钛复合光催化材料的形貌进行了表征。图ｌ给出的是氧化石墨烯．二氧化钛的ＴＥＭ照片，其中黑色的球形粒子为二氧化钛，大小约为２０ｒｉｍ，薄且透明的像带褶皱的丝绸的部分就是氧化石墨烯纳米片，这些纳米片的尺寸约为几百纳米到几微米。由于氧化石墨烯纳米片的尺寸较大，所以看到的是二氧化钛颗粒分散在石墨烯的网络中或表面包裹着一层氧化石墨烯。

通过在紫外光照射下降解亚甲基蓝为模型反应对Ｔｉ０２和ＧＯ—Ｔｉ０２复合物的光催化活性进行评价。光照之前，含光催化剂的样品均置于黑暗中搅拌半小时以使之达到吸附解吸平衡。通过在暗态状况下催化剂对的亚甲基蓝溶液的吸附研究发现与氧化石墨烯复合后的Ｔｉ０２催化剂对亚甲基蓝的吸附能力有所增加。从图２可见，Ｔｉ０２催化剂经２０分钟光催化反应可以使７５％左右的亚甲基蓝被降解。而经过氧化石墨烯复合后，ＧＯ．Ｔｉ０２复合催化剂的光催化活性有明显提高，经２０分钟反应就能使９５％以上的亚甲基蓝降解。根据反应体系中亚甲基蓝浓度的对数与反应时间的线”通讯联系人姓名：朱永法研究方向：光催化Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｕｙｆ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ

基金项目：国家自然科学基金（２０９２５７２５），国家重点基础研究发展计划（２００７ＣＢ６１３３０３），中央高校基本科研业务费专项资金（２００９ＱＮ０４７）１１０