Hummers氧化石墨烯/氧化钛复合材料的控制合成及性能研究(2)

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在众多半导体光催化剂中，纳米TiO2以其氧化能力强、光催化活性高、稳定性好(耐化学和光腐蚀)，而且还具有安全无毒、成本低廉等优点，被公认为环境治污领域最具开发前途的环保型光催化材料。但TiO2是一种宽带隙半导体，只吸收太阳光中的紫外光，改善TiO2半导体材料在可见光区域的吸收可以提高其可见光催化活性。光生电子-空穴的复合也是影响TiO2光催化活性的一个重要的因素。由于光激发TiO2产生的光生电子-空穴对极易复合，所以降低光生载流子的复合也可以提高TiO2光催化效率。近年来，研究发现将半导体光催化剂TiO2与不同形态、结构的炭材料(如碳纳米管、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯等)复合是一种有效提高TiO2光催化活性的途径之一。炭材料的存在不仅有利于提高目标污染物在催化剂表面的吸附能力，促进光生电子的传输，从而有效降低光生电子-空穴的复合效率，而且还是一种有效的载体材料。然而在提高光催化活性的同时，如何保证TiO2催化剂在炭材料载体表面分散的均匀性及牢固性仍然是亟待解决的关键问题之一。

纳米级TiO2广泛应用于光催化材料[1,2]、太阳能电池[3]、气敏传感器[4]和光电子学器件[5]等领域。就光催化研究而言，TiO2晶型、晶粒大小以及结晶程度影响其光催化活性，相对而言，结晶度较高、晶粒较小的锐钛矿相的纳米TiO2具有更好的光催化性能[6,7]。而电子-空穴复合、光子散射等都会影响到 TiO2最终的光子利用效率[8]。文献综述

氧化石墨烯复合材料发展十分迅速，其无机物类复合材料显示出优越的性能，在许多领域都有潜在的应用价值。

1.1 氧化石墨烯的概述

1.1.1 氧化石墨烯的简介

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，具有两亲性，其表面含有大量的官能团，容易与有机物结合反应。

1.1.2 氧化石墨烯的结构

经过氧化处理后，氧化石墨仍保持石墨的层状结构，但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。这些氧基功能团的引入使得单一的石墨烯结构变得非常复杂。所以氧化石墨烯的精确结构还无法得到确定。大家普遍接受的结构模型是在氧化石墨烯单片上随机分布着羟基和环氧基，而在单片的边缘则引入了羧基和羰基。

1.1.3 氧化石墨烯的工艺

氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备氧化石墨的方法：[9]Brodie法，[10]Staudenmaier法和[11]Hummers法。其中Hummers法的制备过程的时效性相对较好而且制备过程中也比较安全，是目前最常用的一种。它采用浓硫酸中的高锰酸钾与石墨粉末经氧化反应之后，得到石墨薄片，此石墨薄片层可以经超声或高剪切剧烈搅拌剥离为氧化石墨烯，并在水中形成稳定、浅棕黄色的单层氧化石墨烯悬浮液。由于共轭网络受到严重的官能化，氧化石墨烯薄片具有绝缘的特质。经还原处理可进行部分还原，得到化学修饰的石墨烯薄片。虽然最后得到的石墨烯产物或还原氧化石墨烯都具有较多的缺陷，导致其导电性不如原始的石墨烯，不过这个氧化−剥离−还原的制程可有效地让不可溶的石墨粉末在水中变得可加工，提供制作还原氧化石墨烯的途径。而且其简易的制程及其溶液可加工性，考虑量产的工业制程中，上述工艺已成为制造石墨烯相关材料及组件的极具吸引力的工艺过程。

1.2 二氧化钛的应用

TiO2在光催化，太阳能电池及生物材料[12-14] 等领域有着广泛的应用前景，其中以纳米TiO2为催化剂降解有毒有机污染物受到了普遍关注，但纳米TiO2在具体的应用时还存在回收困难和可见光利用率低等比较突出的问题[15,16] ，因而探索制备易于过滤回收，且在可见光下光催化活性良好的TiO2 复合材料具有重要的的研究意义。来.自/751论|文-网www.751com.cn/