石墨烯/TiO2纳米复合材料在光催化领域的研究进展

近年来,石墨烯以其独特的结构和优异的性能成为材料科学领域备受关注的研究前沿和热点。由于石墨烯具有超高的载流子迁移率以及超大的比表面积,将石墨烯与传统的光催化材料复合可显著提高复合材料的光催化性能。综述了石墨烯/TiO2纳米复合材料的研究进展,重点阐述了石墨烯/TiO2纳米复合材料的制备方法及其在光催化领域中的应用,并指出石墨烯/TiO2纳米复合材料的光催化机理是今后研究的重点方向。     

TiO2/石墨烯纳米复合材料的合成及其光催化应用研究进展

以石墨烯材料修饰TiO2半导体光催化材料能够促进电子-空穴的有效分离,增大半导体表面的氧化物种富集程度,提高光催化活性。因而石墨烯-TiO2复合材料在光催化领域中被广泛研究。综述了TiO2负载在石墨烯膜/片上结构、TiO2-石墨烯异质结结构、TiO2-石墨烯核-壳式结构、TiO2-石墨烯及其他掺杂物纳米复合材料的制备,及其在光催化应用中的最新研究进展。     

可见光响应的TiO_2/石墨烯复合材料的制备及其光电催化性能

对Hummers方法进行改进,制备出氧化石墨烯。采用氧化石墨烯和Ti(SO4)2作为初始反应物,利用Ti(SO4)2水解,在氧化石墨烯层间成核生长纳米TiO2颗粒,制得TiO2/氧化石墨烯复合材料,再通过水合肼进行还原,制得TiO2/石墨烯复合材料。通过XRD、FE-SEM、HR-TEM、TGA、UV-Vis、BET和电化学性能测试等测试手段对复合材料进行表征。以复合材料为工作电极,铂电极为对电极,饱和甘汞电极为参比电极,在可见光照射(λ420nm)下,通过光电催化降解含偶氮化学健的酸性红B,对复合材料的催化性能进行研究。结果表明,复合材料对可见光响应良好;在外加电极电压的条件下,复合材料的催化活性得到进一步增强。     

石墨烯/Ni/TiO_2/CNTs复合物的制备及其光催化性能

首先通过溶剂热法,在石墨烯表面负载掺杂镍的纳米二氧化钛膜,制备石墨烯/Ni/TiO2复合材料;然后以掺杂的镍为催化剂,采用化学气相沉积法,原位生长碳纳米管(CNTs),得到石墨烯/Ni/TiO2/CNTs复合材料。通过XRD、SEM、TEM、拉曼等方法对制备样品的晶型、微观形貌等进行了表征,考察了样品在紫外光及可见光下对甲基橙的光催化降解性能。结果表明:石墨烯和CNTs的加入使得Ni/TiO2、石墨烯/Ni/TiO2、石墨烯/Ni/TiO2/CNTs复合物的光催化活性依次提高,并且石墨烯/Ni/TiO2/CNTs复合物中石墨烯含量越多时,所得复合物的光催化降解性能越好。石墨烯含量最大的石墨烯/Ni/TiO2/CNTs样品,在紫外光下对甲基橙的降解率达到98%,在可见光下的光催化降解效率比掺镍TiO2提高了3.5倍。     

热还原法制备氧化石墨烯/TiO_2复合材料及其光催化性能研究

采用Hummers法制得氧化石墨烯,以钛酸丁酯为钛源,采用原位溶胶-凝胶技术制备了氧化石墨烯/TiO2复合材料,进一步经过加热还原的方法,制备热还原氧化石墨烯/TiO2复合光催化剂,通过FT-IR、XRD、Raman、SEM、TEM和UV-Vis光谱等对产物进行了表征,并测试了该复合光催化剂在可见光下对甲基橙的光催化降解性能。结果表明,制备的复合光催化剂主晶相为锐钛矿型TiO2,热还原氧化石墨烯表面富集的颗粒尺寸15nm左右,颗粒分布均匀。热还原氧化石墨烯/TiO2复合光催化剂在可见光下具有优异的光催化性能。     

TiO2/累托石复合材料的制备及其光催化性能研究

以溶胶-凝胶法制备的TiO2溶胶为柱撑液制备了TiO2/累托石复合材料.以X射线粉未衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、漫反射光谱(DRS)及液氮吸附等手段对其进行了表征;并以罗丹明B(RB)作为模拟有机污染物,研究其吸附及光催化降解性能.结果表明,和表面吸附TiO2粒子共存于复合材料中的柱撑TiO2将层间域从2.42nm扩展到9.81nm,提高了复合材料的比表面积以及孔体积,从而改善其吸附能力及光催化活性.     

超级电容器用CeO_2-MnO/3D石墨烯复合材料的制备

以西瓜瓜瓤为碳源,采用两步碳化法制备三维石墨烯(3D-Fiberbased Graphene,3D G)材料,并使用水热法制备了CeO_2-MnO/3DG复合材料,以期获得比电容高,循环寿命好的石墨烯超级电容器电极材料。结果表明:3DG材料具有较高比表面积,最高可达到332m~2·g~(-1)。CeO_2-MnO/3DG复合材料具有三维导电网络结构,金属氧化物颗粒在石墨烯片层间生长均匀,粒径在10nm左右。电化学测试结果显示:在0.5 mol·L~(-1)的Na_2SO_4溶液中,电流密度1A·g~(-1),当摩尔比MnO∶CeO_2=4∶1,复合负载量在80%时得到的CeO_2-MnO/3D G复合材料拥有最高比电容,达308.5F·g~(-1),经过1 000次循环充放电测试比电容保持率为95.5%。CeO_2-MnO/3DG复合材料电化学性能的提高主要是因为两种金属氧化物复合负载与石墨烯的协同作用。     

CTAB作用下TiO2/g-C3N4的制备及光催化降解偏二甲肼废水

在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作用下,采用水热合成法制备TiO 2/g-C 3N 4复合材料,研究CTAB对复合材料结构及光谱性质的影响。采用XRD、TEM、N 2吸附-脱附、FT-IR、UV-Vis DRS、PL等测试手段对材料进行表征,并在可见光下进行光催化降解偏二甲肼(UDMH)废水实验。结果表明:在CTAB作用下合成的TiO 2/g-C 3N 4复合材料晶型结构完整,TiO 2粒径更小并且在g-C 3N 4片层上均匀分布,具有较大的比表面积和丰富的介孔结构,复合材料的光吸收带边拓展至450nm,光生空穴-电子复合率明显降低。光催化实验表明,可见光条件下反应120min,UDMH的去除率达到了83.2%,相比未添加CTAB制备的TiO 2/g-C 3N 4提升了13.7%。     

石墨烯还原度对P25/石墨烯复合材料光催化活性的影响（英文）

采用高温热剥离和溶剂热过程分别还原氧化石墨和氧化石墨制备出石墨烯,进一步使用所合成的石墨烯与P25通过一步水热过程合成出石墨烯/P25复合材料。样品的光催化活性通过可见光下降解罗丹明B进行评测,其中P25和热剥离还原得到的石墨烯复合比P25和溶剂热还原的石墨烯复合显示出更优异的光催化活性,这是由于热剥离还原的石墨烯具有更高的还原度和更强的电子—空穴分离效率所致。进一步在不同温度下通过热剥离法制备了还原石墨烯,探讨的石墨烯/P25复合材料的光催化活性。较高的剥离温度有利于石墨烯还原程度的改善,导致光催化活性的提高。     

形貌可控的石墨烯/Cu-BTC复合物对VOCs吸附性能研究

制备还原氧化石墨烯(RGO)和Cu-BTC,并进一步通过水热反应将两者结合制备高性能吸附剂用于吸附挥发性有机物(VOCs)。通过对水热过程中反应温度和反应时间的调整，实现对复合吸附剂中RGO材料形貌的控制，进而实现对不同气体吸附能力的调控。结果表明：优化后的复合材料对甲醇和乙醇的吸附量分别达到13.6mmol/g和9.68mmol/g。复合材料中RGO的形貌对其在高温下的稳定性具有重要的影响，当RGO为纳米片状时，复合吸附剂的高温稳定性最好。此外，所制备的复合材料具有较大的比表面积和溶液中的高稳定性，复合RGO后其吸附溶液中的罗丹明B量比纯Cu-BTC高18.9%,表明其在污水净化领域也具有潜在的应用。     

氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料真空热还原制备及其在近红外胰腺癌热疗中的应用

利用真空热还原法制备得到氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料(SnO2/GR),该过程中,石墨烯氧化物原料既是氧化锡粒子的有效载体来源,也是新型的活泼氧给体,可同步将零价锡氧化为正四价锡,石墨烯氧化物原料则被还原为石墨烯。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱等分别对氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料的形貌和尺寸、结构进行了表征。利用该新型材料在近红外(NIR)激光照射下的强光热转化性能,使相比健康细胞更易受到温度影响的胰腺肿瘤细胞内部产生过高热(Hyperthermia),从而诱导胰腺肿瘤细胞热损伤及细胞凋亡。实验结果表明,在1064nm近红外激光照射下,对照组胰腺肿瘤细胞仍保持较高活性,而实验组的胰腺肿瘤细胞活力则大幅降至5.03%,充分显示了氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料在胰腺肿瘤热疗领域的潜力。     

形貌可控的TiO2纳米晶的溶胶凝胶-水热法组合制备

以四烷基氢氧化铵为结构导向剂,正丁醇为结构导向助剂,采用溶胶凝胶-水热法组合制备了不同形貌的二氧化钛纳米晶.通过TG/DTA、TEM、XRD、DLS等手段对产物进行了结构和形貌表征.研究表明,通过选择结构导向剂的烷基种类可分别得到四方型和纺锤型纳米晶,在一定范围内改变其浓度则可以控制晶体的晶化度、分散性和颗粒尺寸.     

TiO2纳米带/石墨烯纳米复合材料一锅煮溶剂热法合成及其近红外肾癌热疗应用研究

采用一锅煮溶剂热法成功合成二氧化钛纳米带/石墨烯复合材料(TiO2/GR),该过程可以同步实现石墨烯的还原及TiO2/GR的原位生成。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、选区电子衍射(SAED)等分别对TiO2/GR的形貌、结构和尺寸进行了详细表征。体外实验结果显示,在近红外光照射下,以TiO2/GR为新型光热试剂,对照组肾癌细胞仍保持较高活性,而实验组的肾癌细胞活力则降低为4.72%,揭示了该纳米复合材料在肾癌热疗方面的潜力。     

Synthesis of a sulfur-graphene composite as an enhanced metal-free photocatalyst

A novel metal-free photocatalyst-sulfur/graphene (S/GR) composite—has been synthesized using a facile one-pot, two-step hydrothermal method with thiosulfate and graphene oxide (GO) as precursors. A green reductant—L-ascorbic acid—was used to transform GO to GR under mild conditions. The photocatalyst powders were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, and energy dispersive spectroscopy. Experimental tests were conducted on the photocatalytic decomposition of methyl orange (MO) by different catalysts. Compared to pure α-S, the as-prepared S/GR composite showed much enhanced photocatalytic activity for the degradation of MO under both UV and solar light. The presence of GR also greatly increased the hydrophilicity and adsorption capacity of the catalyst material. The results indicate that the incorporation of GR with α-S results in a synergistic effect for the S-based photocatalysts offering more effective environmental applications.      

聚苯胺炭柱撑石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研究

通过真空抽滤诱导自组装及热解还原处理, 制备出具有柱撑结构的聚苯胺炭/石墨烯复合材料(PGR)。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线电子能谱(XPS)和电化学测试等表征技术考察了聚苯胺单体(AN)与氧化石墨烯(GO)质量比对PGR结构和电化学性能的影响。结果表明, 聚苯胺炭均匀分布在石墨烯(GR)片层间形成三维导电网络, 有效地增大了GR的层间距, 且实现了氮掺杂, 显著提高了GR的结构稳定性和电化学性能; AN与GO质量比为1 : 1时制备的样品PGR1在100 mA/g电流密度下的首次脱锂比容量为653 mAh/g, 当电流密度增大至1 A/g时, 仍具有高达343 mAh/g的脱锂比容量, 远高于GR的脱锂比容量(101 mAh/g), 表现出优异的倍率性能。     

多孔壳/磁核结构光催化剂的制备及表征

以聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物(P123)为结构导向剂,钛酸丁酯(TBOT)为钛源,SiO2/NiFe2O4为核,制备了具有多孔结构可磁分离的Ti O2/SiO2/NiFe2O4光催化剂。采用N2吸附-脱附、TEM、HRTEM、SEM、XRD和VSM等手段对样品进行分析表征。样品颗粒呈球形,分布均匀,平均粒径约为40nm,具备良好的磁分离性能。以硝基苯为模拟物测定其光催化活性,UV光照条件下,240min内硝基苯污染物降解完全,表明该光催化剂具有良好的光催化活性。     

TiO2/活性炭复合体的制备及其表征

以活性炭(AC)为载体,采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2/AC复合型催化剂.利用SEM,TG-DTA,XRD,等手段对其组成、结构、尺寸等进行分析和表征,结果表明,该复合材料由碳、钛、氧等3种元素组成,其中TiO2纳米粒子尺寸在2O-50nm之间,比本体TiO2纳米粒子尺寸小;在该纳米复合材料中,活性炭作为载体与TiO2结合牢固,存在着某种化学键,TiO2纳米颗粒间不发生团聚,并且活性炭载体的比表面积变化不大.     

Preparation and photocatalytic activity of graphene-modified Ag2S composite

This paper presents a novel visible-light photocatalyst, graphene-modified Ag₂S (GR/Ag₂S), prepared by a facile and effective hydrothermal method with AgNO₃, thioacetamide and graphene oxide (GO) as the precursor. The catalytic activities of the GR/Ag₂S hybrids with different GR content (2%, 4%, 6%) were evaluated by photocatalytic decolourisation of rhodamine B (RhB) solution under visible-light irradiation. The improved photocatalytic activity of GR/Ag₂S composites compared with pure Ag₂S is observed and attributed to the enhanced absorption of organic dyes and increased separation efficiency of photogenerated electron?hole pairs. The 4% GR/Ag₂S sample exhibits the best photocatalytic activity than the others.     

TiO2与聚合物复合薄膜的离子自组装制备及表征

在常温下,以钛酸丁酯[(C4H9O)4Ti]和聚四苯乙烯磺酸钠(PSS)作为前驱物在普通载玻片上用离子自组装法制备了TiO2纳米粒子/PSS复合薄膜,复合薄膜的透过率随镀膜次数或薄膜厚度的增加而呈现周期性变化。透射电镜(TEM)测试结果表明,TiO2呈板钛矿晶体结构,薄膜连续而均匀,TiO2的平均粒径是3.6nm。光电子能谱仪(XPS)测试结果显示,薄膜中含有Ti、O、C元素,载玻片表面完全被TiO2纳米复合薄膜所覆盖。     

水热法制备TiO_2-硅藻土复合材料及其光催化性能(英文)

以水热法、用钛酸丁酯和二乙醇胺为原料、在160℃保温4小时合成了TiO2纳米颗粒。在pH值约为2时通过静电吸引把TiO2涂覆在硅藻土表面形成TiO2-硅藻土复合材料,并用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和差热示差扫描量热仪(DSC)研究了其性能。TiO2是近正方形的、分散良好的锐钛矿晶体,其颗粒大小约为15nm。TiO2均匀的、牢固的附着在硅藻土的表面上,其TiO2/硅藻土质量比为1:10。TiO2-硅藻土复合材料具有良好的光催化性能,在紫外光照射下100g复合材料用3h可使10ml浓度为20mg/L的甲基橙水溶液完全降解。