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。     

石墨烯/纳米TiO2复合材料的制备及其光催化性能

以氧化石墨烯（GO）和钛酸四丁酯（Ti（OBu）₄）作为初始反应物,采用乙醇溶剂热法合成了石墨烯/纳米TiO₂复合材料,并利用XRD、FE-SEM、TEM、RAMAN和XPS等手段对石墨烯/纳米TiO₂复合材料的晶体结构、形貌及元素形态等性质进行了表征,同时将复合材料应用于光催化降解甲基橙溶液,进行光催化性能评价。结果表明：Ti（OBu）₄在乙醇溶剂中通过化学静电引力吸附到GO表面,经过溶剂热反应,GO被还原成石墨烯的同时,石墨烯的表面负载生长锐钛矿TiO₂颗粒。随着溶剂热反应时间的延长,GO表面的活性基团减少,还原更加彻底,同时TiO₂晶粒有一定的增大趋势;与纯TiO₂相比,石墨烯/纳米TiO₂复合材料光催化活性明显提高,石墨烯含量对复合材料的光催化活性有直接的影响。     

电化学制备石墨烯/纳米TiO2复合材料及光催化性能

在恒定直流下,采用高纯石墨棒为原料,混合无机酸溶液为电解液,采用一步电化学剥离法制备石墨烯（G）,所制备的G可稳定分散在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中。以钛酸丁脂和G为前驱物,采用溶胶-凝胶法在N₂氛围和高温加热下制备出G/nano TiO₂复合光催化材料;利用XRD、FTIR、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）、XPS、SEM和TEM等技术对G和G/nano TiO₂复合材料进行了结构性能及微观形态表征。以3,5-二硝基水杨酸（DNS）为探针物,研究了在缺氧的水体中G/nano TiO₂不同投加量的光催化效率与DNS降解机制。结果表明：采用恒压一步电化学剥离法所制备的G层与层之间剥离程度良好,片层通透性较高,六碳环上生成的含氧活性基团较少,G共轭π键结构保持良好;所制备的G/nano TiO₂复合材料中TiO₂结晶良好,颗粒紧密结合,且被固定在有褶皱的G上;降解实验发现,G/nano TiO₂复合材料具有降解DNS良好性能,且投加量对其光催化活性有直接的影响;在缺氧状态下,DNS主要发生光催化还原反应,使苯环上的硝基还原成氨基,生成5-氨基水杨酸和苯三酚等中间产物,部分发生光催化氧化反应,生成CO₂和H₂O。     

TiO2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

本文以氧化石墨烯和钛酸丁酯为原料,利用水热法一步制备了TiO2/石墨烯复合光催化材料,研究了氧化石墨烯用量、反应温度、反应时间对TiO2/石墨烯复合材料光催化活性的影响。采用XRD,SEM,TEM和氮气吸附-脱附实验(BET)对复合光催化材料的物相、颗粒粒径、形貌及比表面积进行了表征。结果表明,本实验最佳条件是:氧化石墨烯1mg,制备温度为180℃,反应时间为16 h。产物中的TiO2为锐钛矿晶型,其平均粒径约为18 nm。复合材料的比表面积为170m2/g,平均孔径为12.45 nm。在可见光照射(λ>420nm)下以TiO2/石墨烯为光催化剂对有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)进行光催化降解,其光催化活性明显高于相同条件下制备的TiO2。     

两步水热法制备还原氧化石墨烯/纳米TiO_2复合材料及其光催化性能

为研究由还原氧化石墨烯(RGO)和具有高活性晶面的TiO_2组成的复合材料的制备方法及其光催化性能,首先采用两步水热法制备了RGO/纳米TiO_2复合材料:第1步为合成暴露高活性晶面的纳米TiO_2;第2步为将合成的纳米TiO_2与氧化石墨烯(GO)复合,形成RGO/纳米TiO_2复合材料。然后,利用XRD、SEM、X射线光电子能谱仪和紫外-可见漫反射光谱等手段对制备的暴露不同晶面的纳米TiO_2和RGO/纳米TiO_2复合材料进行了表征,评价了其光催化性能。结果表明:在水热法的第1步中,通过调节HF的浓度能可控制备出具有高活性的(001)和(101)晶面的纳米TiO_2,氟原子在纳米TiO_2中以物理吸附态和化学结合态这2种形态存在;在第2步后,GO与纳米TiO_2复合形成RGO/纳米TiO_2复合材料,同时在此过程中GO被转化成RGO。在紫外光照射下,两步水热法合成的RGO/纳米TiO_2复合材料具有很好的光催化性能,明显优于商用TiO_2(P25)和纳米TiO_2的。RGO/纳米TiO_2复合材料的光催化性能有明显的提高,RGO和TiO_2暴露的晶面对光催化活性有影响。     

TiO2/石墨烯基复合材料的制备及光催化降解染料研究

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO)和水解法制备的TiO₂及溶剂热法制备了还原氧化石墨烯(rGO)和一系列不同浓度的rGO/TiO₂纳米复合材料(0、5%、10%、15%、20%质量分数),并对合成产物进行SEM、XRD、XPS、DRS、Raman等表征,研究不同实验条件下纯TiO₂和rGO/TiO₂复合催化剂对亚甲基蓝染液(MB)的降解效果。结果表明,复合光催化剂中TiO₂主要为锐钛矿相,溶剂热合成引入的还原氧化石墨烯(rGO)对TiO₂的物相没有产生影响,rGO的引入使得rGO/TiO₂吸收带发生一定红移,TiO₂禁带宽度由3.23降低至3.09 eV;合成的(15%质量分数)rGO/TiO₂具有最佳的光催化效果,光催化活性最高,在100 W高压汞灯照射下70 min对20 mg/L的亚甲基蓝染料的降解率达97.6%;在500 W氙灯光源下照射70 min对20 mg/L亚甲基...     

纳米TiO2建筑材料光催化净化室内甲醛研究进展

纳米TiO2建筑材料应用于现代家庭室内装饰装修,可以净化室内空气,尤其是甲醛。探讨了TiO2光催化降解室内甲醛气体的机理,重点对玻璃、陶瓷、涂料、板材这四种建筑材料在光催化净化室内甲醛气体的应用做了介绍;详细讨论了纳米TiO2建筑材料光催化活性的主要影响因素是光照强度、相对湿度、气体流速、初始浓度等,并提出金属离子掺杂、阴离子掺杂、共掺杂、贵金属沉积和半导体复合的方法来提高TiO2光催化活性;最后对在实际应用中提高TiO2的可见光利用率以及TiO2与建筑材料之间的相互作用机理研究方面进行了展望。     

纳米TiO2光催化降解环境中有机污染物研究进展

有机污染物是目前生态环境中最主要的污染源,对这类物质的控制还缺少经济有效的技术处理手段。纳米TiO2光催化技术是一种绿色环保的污染治理技术,具有催化效率高、性质稳定、成本低和无二次污染等特点。探讨了纳米TiO2光催化原理和几种掺杂改性方法,介绍了纳米TiO2催化降解水中和空气中有机污染物的研究进展,并简要展望了纳米TiO2光催化技术的发展前景。     

磁响应性TiO2/石墨烯纳米复合材料的合成及光催化性能

采用乳液插层水解法成功制备了一种层状磁响应性光催化纳米复合材料.首先通过水热法制备磁性Fe3O4纳米粒子,将其超声分散在溶有钛酸丁酯的无水乙醇中,形成钛酸丁酯包裹Fe3O4纳米粒子的微乳液,然后将该微乳液插层于石墨烯中,利用石墨烯的层状结构作为载体形成一种稳定体系,通过控制水解,使TiO2纳米粒子与磁性Fe3O4纳米粒子共同镶嵌于石墨烯层间,形成一种新型的磁响应TiO2/石墨烯纳米复合材料.通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、震动样品磁强计(VSM)等手段对该复合材料进行表征,并通过模拟太阳光下降解亚甲基蓝(MB)评价复合材料的光催化性能.该复合材料通过磁分离可反复使用,重复使用7次后,对亚甲基蓝的降解率仍大于90％.     

量子点/TiO2复合光催化材料的研究进展

近年,光催化技术已被广泛应用于污水处理、CO₂还原、制氢等多个领域。在光催化材料中,TiO₂由于具有化学稳定性高、来源广泛、价格低廉等优点,应用最广泛。但较宽的带隙及较高的电子及空穴复合效率使TiO₂的光催化性能受到极大限制。量子点(QDs)作为一种受量子约束效应影响的纳米尺度粒子,具有载流子易调控和表面位点丰富等优势。因此,研究人员采用不同方法将TiO₂与QDs复合,以增强TiO₂的光催化性能,获得了系列具有优异光催化性能的QDs/TiO₂复合光催化材料。本文主要综述了QDs/TiO₂复合光催化材料的研究进展。首先,阐述了QDs/TiO₂复合光催化材料的制备方法,并就QDs对TiO₂光催化性能的增强机制进行了剖析;然后,总结了QDs/TiO₂复合光催化材料在有机污染物降解、制氢及CO₂还原方面的应用研究进展;最后,围绕QDs/TiO₂复合光催化材料现阶段研究中的关键问题及未来的研究前景进行了展望。      

光降解苯酚用RGO-TiO2纳米复合材料的制备及性能表征

通过改进的Hummers法制备了氧化石墨烯,用溶胶-凝胶法结合热处理工艺制备出了RGO-TiO₂纳米复合材料。研究了复合材料的晶体结构、微观形貌以及RGO掺杂量对复合材料催化性能的影响。结果表明,RGO-TiO₂纳米复合材料是标准的锐钛矿型,纳米TiO₂颗粒均匀分布在片层状石墨烯的表面,结合良好;红外分析表明,3%RGO-TiO₂纳米复合材料中石墨烯和TiO₂以化学结合的形式生成了稳定的Ti-O-C键;随着RGO掺杂量的增加,RGO-TiO₂纳米复合材料对苯酚的去除率先升高后降低,3%RGO-TiO₂纳米复合材料在12 h时去除率最高为93.9%,其中在pH值=3的酸性条件下12 h时刻对苯酚的去除率最高达到96.1%,去除率要明显高于中性和碱性环境。     

TiO2/石墨烯夹层结构复合材料的制备及光催化性能

以氧化石墨烯（GO）、1, 12-二氨基十二烷(C₁₂H₂₈N₂)、TiO₂溶胶为原料,通过预插层-离子交换-煅烧法制备TiO₂/石墨烯夹层结构纳米复合材料。采用XRD、Raman、FTIR、TEM、TG、UV-Vis和PL对TiO₂/石墨烯夹层结构纳米复合材料进行表征,并研究不同TiO₂含量的TiO₂/石墨烯纳米复合材料对环丙沙星（CIP）的光催化降解性能。在煅烧过程中,TiO₂的晶化和GO的还原同时进行。根据XRD和FTIR结果推断,TiO₂纳米颗粒在石墨烯层间原位生成,并通过化学键固定在石墨烯上,形成了石墨烯/TiO₂/石墨烯夹层结构。当TiO₂的质量分数为65.5wt%时,TiO₂/石墨烯复合材料表现出对环丙沙星最佳的光催化活性,150 min光照后降解率为90%高于纯TiO₂     

纳米TiO2-ZnO复合材料的制备及其光催化性能

本文以TiO2纳米管阵列作为模板,利用溶胶-凝胶法制备ZnO@TiO2纳米复合材料,通过SEM等测试手段对其结构进行了表征,并进一步研究了该复合材料在紫外光下对亚甲基蓝溶液的光催化效率。发现ZnO@TiO2复合材料的光催化效率与模板孔深孔径有关,并且由于TiO2与ZnO间的电荷转移作用,使得纳米复合材料的光催化效率高于TiO2模板和ZnO@AAO光催化效率的线性加合。     

TiO2光催化活性的研究进展

综合国内外有关文献,介绍了近年来为提高TiO2光催化活性所进行的研究工作,包括TiO2晶粒尺寸、晶型对其光催化活性的影响等方面的基础研究,以及表面金属沉积、金属离子掺杂、半导体复合、表面强酸处理、半导体表面光敏化等修饰方法对TiO2的改性研究.     

FePc/TiO2纳米光催化剂的制备与光催化性能研究

采用sol-gel方法,制备了FePc/TiO2纳米光催化剂,采用XRD、UV-vis、荧光光谱对光催化剂进行了表征,以罗丹明B为降解目标物,研究了FePc/TiO2在紫外光照射(中心波长364nm)下的光催化活性.FePc敏化TiO2提高了光催化活性,其可能机理是,在sol-gel制备及后处理过程中,TiO2与FePc之间形成了较强相互作用,即某种较强的化学键合,可以促进能量与电子的转移,促使光生电子与空穴的有效分离,提高了光催化量子效率.     

纳米TiO2/涤纶海岛丝针刺无纺布光催化复合材料的制备及性能

以德固赛P25纳米TiO₂为光催化材料、去离子水为介质,分别以十二烷基硫酸钠（SDS）、十二烷基苯磺酸钠（DBS）、聚乙烯毗咯烷酮（PVP）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、聚丙烯酸钠（PAAS）为分散助剂,制得系列纳米TiO₂光催化分散液。用纳米TiO₂光催化分散液对涤纶海岛丝针刺无纺布（PFN-NWF）进行二浸二轧后整理,得到TiO₂负载的PFN-NWF （TiO₂/PFN-NWF）光催化复合材料。采用激光粒度仪、TEM、SEM、拉伸、透气等表征测试,通过静置、光催化降解辣椒油和甲醛溶液等方法评价。结果表明：分散助剂自身的酸碱属性及分子结构对纳米TiO₂分散体系有重要影响,其中PAAS分散效果最佳;纳米TiO₂在PFN-NWF上包覆均匀,负载率为4.79%,负载牢度高;自然光照射60 min,试样上2 mL油污达到完全自清洁效果;300 W氙灯照射2 h,TiO₂/PFN-NWF光催化复合材料试样对甲醛的降解率达到95.98%,5次循环使用后,降解率为90.19%。     

Ag/TiO2纳米管复合材料的合成及其光催化性能研究

采用水热法制备了TiO2纳米管,并采用光化学沉积法制得含Ag量不同的Ag/TiO2-NTs纳米管复合材料;利用XRD、TEM、XPS、UV-Vis及FL等分析手段对Ag/TiO2-NTs复合材料进行表征,并研究了Ag/TiO2-NTs对甲基橙(MO)的紫外光催化降解性能。结果表明,Ag纳米粒子均匀分散在纳米管表面,Ag/TiO2-NTs复合材料在可见光区域表现出较强的吸收性能;Ag含量为4%的Ag/TiO2-NTs复合材料光催化降解率最高,紫外光照射3h后,初始浓度为10mg/L的甲基橙溶液降解率达到99%,比未掺Ag的TiO2纳米管降解率提高了16.6%。     

纳米TiO2/SiO2负载棉织物的制备及其光催化降解染料的研究

将纳米TiO_2水溶胶和纳米SiO_2水溶胶复配制备环境净化整理剂,并通过轧烘焙工艺对棉织物进行后整理得到纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物,然后将其用于不同结构有机染料的光催化降解反应中,重点考察纳米SiO_2的添加量对其在不同pH值反应体系中的光催化降解性能以及重复利用性的影响。结果表明,纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物对不同结构的有机染料具有显著的光催化降解性能,能够促进染料分子的共轭体系和芳香环结构的降解反应。纳米SiO_2的添加不仅有利于纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物在碱性介质中光催化降解性能的提高,而且也能够改善其重复利用性。     

ZnFe2O4/TiO2复合材料的表征及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯、无水氯化锌、六水氯化铁为原料,采用自组装法制备了ZnFe₂O₄/TiO₂复合材料。采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、漫反射光谱(DRS)、振动样品磁强(VSM)等手段对样品进行测试表征,并对ZnFe₂O₄/TiO₂复合材料进行了光催化性能测试。结果表明：ZnFe₂O₄/TiO₂光催化剂质量比为1∶15时具有最佳的光催化效果,100W紫外光照射下45min对活性Red 24的降解率就能达到100%,表现出优异的光催化性能,可为复合材料光催化剂的研究提供一种有效的思路。     

TiO2纳米带制备、表征及光催化性能

采用简单的水热反应以及后续的热处理,制备了大量的TiO2纳米带。通过XRD、SEM、TEM以及UV-Vis对产物进行表征和分析,并以甲基橙作为目标降解物,对退火后的产物进行了光催化性能测试。结果表明,所制备的样品在600℃热处理3h后,样品为锐钛矿相与TiO2(B)相的混晶相。退火以后,带的形态保持较好,带宽约60nm。室温下,所制备的混晶TiO2对甲基橙具有良好的紫外光降解能力,60min后降解度达96%。