石墨烯/TiO2复合材料光催化降解有机污染物的研究进展

石墨烯是一种新型的碳纳米材料,具有超大的比表面积和优良的导电性能,将石墨烯与TiO₂复合可显著提高复合材料的光催化性能,在光催化领域具有广泛的应用前景。主要介绍了石墨烯/TiO₂复合纳米材料的制备方法以及在光催化降解有机污染物方面的应用,并分析了石墨烯/TiO₂复合材料促进光催化机理,最后对石墨烯/TiO₂复合光催化剂未来的发展趋势提出了展望。     

基于压电效应的发泡聚氨酯复合材料制备及吸声性能研究

本文利用异构共沉淀法将氧化石墨烯包覆在钛酸钡纳米粒子表面,热处理得到还原氧化石墨烯包覆的钛酸钡纳米粒子（rGO@BT）,并将其与聚氨酯发泡材料（PUF）复合制备rGO@BT/PUF复合材料。研究了rGO用量对复合材料吸声性能的影响。结果表明：随着r GO@BT填料的加入能有效提高PUF的吸声性能,尤其是低频吸声性能;当rGO加入量达到1.0 wt%时,复合材料在100-6000 Hz范围内的平均吸声系数达到0.540。     

光热脱盐-光催化降解复合膜的制备及其性能研究

以氯金酸(HAuCl₄)、氧化石墨烯(GO)和二氧化钛(TiO₂)为原料,通过一步水热法制备了具有光热催化活性的Au-GO/TiO₂纳米复合材料,以聚甲基丙烯酸甜菜碱(PSBMA)水凝胶包覆的Au-GO/TiO₂作为光热功能层,以聚氨酯(PU)静电纺丝纳米纤维膜作为支撑层,制备了具有光热脱盐和光催化降解双功能的复合膜。试验结果表明：该复合膜能够有效光催化降解水中的有机污染物,对金霉素、土霉素和地美环素的降解率分别达到49.26%、49.53%和51.58%;该复合膜能够以2.63 kg/(m²·h)的蒸发速率蒸发复合盐水。     

介孔CoMn2O4/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能

采用共沉淀法制备了CoMn₂O₄/还原氧化石墨烯(CoMn₂O₄/rGO)复合电极材料,并研究了石墨烯含量对CoMn₂O₄/rGO复合材料形貌、微观结构及电化学性能的影响。结果表明:CoMn₂O₄纳米颗粒沉积在石墨烯纳米片的表面,随着石墨烯含量的增加,CoMn₂O₄纳米颗粒在r GO表面的分布逐渐均匀,聚集现象消失。CoMn₂O₄/rGO具有高的比表面积及优良的电化学性能,其中CoMn₂O₄/rGO20 (rGO质量分数为20%)电容性能最好,在电流密度1 A/g时具有1 420 F/g的比电容。CoMn₂O₄/rGO30(rGO质量分数为30%)的倍率性能和循环稳定性能最好。2 000次充放电后,样品CoMn₂O₄/rGO30在5 A/g时的比电容保持率为94%,样品CoMn₂O₄的比电容保持率为78%。     

阵列型TiO2纳米管光催化降解VOCs性能

通过二次阳极氧化电化学方法制备纳米孔/纳米管复合结构的阵列型TiO₂纳米管（2-step TiO₂ NTs）,实验证明这种结构的TiO₂ NTs对大气中的挥发性有机化合物（volatile organic compounds,VOCs）有着十分优异的降解效果。本文通过气态甲醇的光催化降解来评估比较一次氧化生成的TiO₂纳米管（1-step TiO₂ NTs）和2-step TiO₂ NTs的催化效果。实验结果表明,二次阳极氧化电化学方法所生成的TiO₂ NTs的纳米结构对光致电荷的产生有着十分重要的推动作用。之所以2-step TiO₂ NTs的纳米孔/纳米管复合结构能够显著提高VOCs的降解效率,是由于这种特殊的结构能够更加有利于电子的传递,同时能够有效地抑制光生电子和空穴的复合。最后,通过实验数据阐述了2-step TiO₂ NTs光催化活性的增强机理,这种新结构显示出更小的带隙、更高效的光生电子/空穴分离效率和VOCs降解性能。     

基于PEI改性的WPU/石墨烯纳米复合乳液的研究

使用超支化型聚乙烯亚胺（PEI）对氧化石墨烯（GO）进行改性制得改性氧化石墨烯分散液（GO-PEI）;并在水性聚氨酯乳化过程中原位引入 GO-PEI分散液,并还原制备水性聚氨酯 /改性石墨烯纳米复合乳液（WPU/RGO-PEI）。通过红外光谱、紫外光谱、粒度分析、扫描电子显微镜和力学分析对 GO-PEI、复合乳液和复合膜的微观结构与性能进行了表征。结果表明： RGO-PEI在水性聚氨酯膜中均匀分散,当 RGO-PEI添加量为 7%时模量提高 12倍,添加量为 15%时表面电导率达 5.57×10^-4 S/cm。     

BiVO4/rGO复合物的制备及其 光催化还原CO2研究

采用水热法制备了颗粒状单斜相钒酸铋（BiVO4）/还原氧化石墨烯（rGO）复合催化剂。采用傅里叶红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱对合成的复合材料做了表征。采用透射电镜、扫描电镜和氮吸附脱附实验对复合材料的表面形貌和表面积做了分析测试。实验结果表明,BiVO4复合物能选择性将CO2还原成甲醇,石墨烯的引入能很好地改善BiVO4光催化还原CO2的性能。当石墨烯的加入量为3%（质量分数）时,在氙灯功率为600 W的条件下,光照6 h后,BiVO4/rGO复合材料光催化还原CO2生成的甲醇产量达到513.1 μmol/L,比相同形貌的纯BiVO4的甲醇产量高73.6%。     

NiMn2O4/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能

采用水热法制备了NiMn₂O₄/还原氧化石墨烯（NiMn₂O₄/rGO）复合电极材料,研究了石墨烯对NiMn₂O₄/rGO材料形貌、微观结构及电化学性能的影响。结果表明：NiMn₂O₄纳米片沉积在石墨烯片的表面,聚集现象消失。与纯NiMn₂O₄相比,NiMn₂O₄/rGO具有高的比表面积和优良的电化学性能。在1A/g时具有1375F/g的比电容,而纯NiMn₂O₄的比电容为924F/g。5000次充放电后,NiMn₂O₄/rGO在5A/g时的比电容保留率为90%,而NiMn₂O₄的比电容保留率为78%。NiMn₂O₄/rGO表现出良好的电容性能,作为超级电容器电极材料具有广泛的应用前景。     

功能化石墨烯改性双马来酰亚胺复合材料的微观表征及性能

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,分别采用水合肼、壳聚糖、KOH还原得到了还原氧化石墨烯（rGO）并对三种还原方法做了对比,选择最佳方案;再通过离子液体（NH₂IL）对rGO功能化得到改性还原氧化石墨烯（NH₂IL-rGO）。以二烯丙基双酚A （BBA）和双酚A双烯丙基醚（BBE）为活性稀释剂,4,4'-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺（MBMI）为反应单体,制备了MBMI-BBA-BBE （MBAE）树脂基体;同时以NH₂IL-rGO为增强体采用原位聚合法制备NH₂IL-rGO/MBAE复合材料。表征了石墨烯和复合材料的微观形貌并分析了石墨烯对复合材料性能的影响。结果表明：NH₂IL-rGO在树脂基体中以两相形式存在,结构完整,并赋予复合材料优异的性能。当NH₂IL-rGO含量为2%（质量）时,复合材料冲击强度和弯曲强度最大,分别为15.33 kJ/m²和142 MPa,热分解温度为435.73℃、当测试频率为100 Hz～10 kHz时介电常数发生突变达到84。     

氧化锌纳米复合抗菌材料的制备及性能研究

氧化锌作为一种光催化抗菌材料，因成本低和安全性较高而备受关注。本文通过超声-煅烧法制备了一系列掺杂不同TiO₂摩尔分数(0%,5%,10%,15%,20%)的TiO₂-ZnO复合抗菌材料，研究了该复合抗菌材料的晶格结构、微观形貌和光谱性能，并以ATCC 25922大肠杆菌为受试菌株，分析了TiO₂-ZnO的抗菌性能和反应过程。结果表明：TiO₂-ZnO复合材料是由六方纤锌矿ZnO和锐钛矿型TiO₂组成，TiO₂的添加生成了Zn-O-Ti新键，TiO₂颗粒连续均匀地分布在ZnO表面，ZnO的尺寸为2～3μm。测试大肠杆菌培养12 h的菌落情况，表明了纯ZnO的抗菌能力较弱，随着TiO₂添加量的增加，菌落数量减少，TiO₂-ZnO的抗菌能力逐渐提高，TiO₂-ZnO (TiO₂掺杂摩尔分数15%)复合抗菌材料的抗菌能力最强。光催化反应下，15 min时...     

TiO_2-ACF对甲醛的吸附与降解性能研究

采用纳米TiO_2对活性炭纤维(ACF)进行改性,制备出具有光催化作用的TiO_2-ACF材料,并对其结构和性能进行了表征;讨论了光照条件、初始甲醛浓度对TiO_2-ACF降解甲醛活性的影响,并研究了TiO_2-ACF的再生性能,结果表明:纳米TiO_2以颗粒的形式分散负载在ACF的表面,ACF负载TiO_2后,基本结构没有发生改变,但是自旋数增大了4个数量级,表面自由基含量大大提高;光照强度越大,初始甲醛浓度越低,TiO_2-ACF对甲醛的吸附及降解性能越好;TiO_2-ACF的重复性和再生性较好,重复使用4次后,105 min内对甲醛的降解率仍达80%。     

改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究

以碳纳米管（CNTs）和热塑性聚氨酯（TPU）为原料,通过硫酸（H₂SO₄）/硝酸（HNO₃）混合溶液处理碳纳米管颗粒表面以达到改性的效果,使用改性过后的碳纳米管熔融共混制备出TPU/CNTs复合材料。研究了不同含量的CNTs对TPU基体的流变、力学、耐磨性以及热性能的影响。结果表明, 改性过后的CNTs在TPU基体中形成了良好的分散性和相容性;TPU/CNTs复合材料在高频剪切下保留了复合材料的加工流动性,并且复合材料的拉伸强度以及耐磨性相较于TPU有明显的增强,其中在改性碳纳米管含量较低时,复合材料的力学性能改善较为明显;改性CNTs的加入提高了TPU基体的熔融温度和结晶度;改性CNTs的加入提高了复合材料的热降解温度,提高了TPU基体的热稳定性。     

PANI/TIO复合材料的制备及其在聚氨酯涂料中的应用

采用原位聚合的方法在锑掺杂氧化锡/氧化钛复合材料（TIO）上包覆一层完整的聚苯胺（PANI）膜,成功制备了PANI/TIO复合材料,将其作为水性聚氨酯涂料的填料,制备了水性聚氨酯导电涂料。利用X射线粉末衍射、透射电镜、红外光谱等分析方法对复合材料进行表征,利用涂层机械性能测试对导电涂料进行了测试。同时得到了制备PANI/TIO三元复合材料的最佳工艺条件：苯胺（An）包覆量为15%、m(An)/m[磺基水杨酸（SSA）]=0.4、m(An)/m[过硫酸铵（APS）]=3。在最佳工艺条件下,得到的PANI/TIO复合材料体积电阻率为15.3Ω·cm。实验结果表明：当填料比为15%时涂层机械性能最佳,硬度为2B、耐冲击力为50 cm、附着力为1级、涂层表面电阻为3.56×105Ω/m2,该导电涂料有较好的应用前景。     

MoO3/g-C3N4复合材料的制备及光催化性能

以三聚氰胺和四水合钼酸铵为前驱体,采用水热法制备了MoO₃/g-C₃N₄复合光催化剂。利用X-射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）及紫外-可见漫反射仪（DRS）等对制备的样品进行了表征。表征结果显示,棒状的三氧化钼负载在层状C₃N₄表面,复合材料的光吸收能力有一定的增强。材料可见光催化降解亚甲基蓝（MB）溶液的实验表明,三氧化钼和g-C₃N₄所复合产生的异质结具有较好的吸收光强度及催化降解性能,尤其是5%（质量分数）MoO₃/g-C₃N₄复合材料光催化降解率最好,达到95.7%,高于纯三氧化钼和g-C₃N₄。自由基与空穴捕获实验表明,·O₂^-是光催化反应中的主要活性物种。MoO₃/g-C₃N₄复合材料在4个循环周期内表现出了优异的稳定性。     

改性高岭土/水性聚氨酯复合材料的制备与表征

采用钛酸酯偶联剂干法改性高岭土,配成母液,用此母液乳化中和后的聚氨酯预聚体,制得改性高岭土/水性聚氨酯复合材料(WPUM)。研究了复合材料的乳液粒径、胶膜力学性能、结晶性和热稳定性等性能。结果表明:复合材料乳液粒径随着改性高岭土质量分数的增加,先增加后减小;改性高岭土的加入可以明显提高水性聚氨酯胶膜的力学性能,当改性高岭土质量分数为1.6%时,复合材料的断裂伸长率与纯聚氨酯胶膜相比提高了13%;X射线衍射法(XRD)分析结果显示,改性高岭土促进了聚氨酯的微相分离;热重分析法(TG)、差示热重法(DTG)分析结果表明,水性聚氨酯复合材料胶膜热分解的起始温度无变化,硬段最高热失重温度略有降低。     

聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料的制备及性能研究

用溶液共混法制备出聚偏氟乙烯/氧化石墨烯复合材料(PVDF/GO),经高温热压将GO还原得到聚偏氟乙烯/还原氧化石墨烯复合材料(PVDF/rGO)。研究了填料种类及含量对复合材料电学性能、热稳定性和力学性能的影响。结果表明：随GO和rGO的添加,两种复合材料的介电常数(ε _r)均变大、介电损耗(tanδ)变化不大;低含量下GO和rGO均能提高PVDF的热稳定性,但rGO对PVDF性能的改善效果更好;随填料含量从0增加到8%(质量),100 Hz下PVDF/rGO复合材料的ε _r从3.60增加到38.30,PVDF/rGO[4%(质量)]复合材料失重率为5%的分解温度较纯PVDF提高了6.44℃。rGO增强了PVDF的刚性,PVDF/rGO复合材料的拉伸强度先增大后减小,杨氏模量逐渐增大,当rGO含量为4%(质量)时拉伸强度最大,拉伸强度和弹性模量分别较纯PVDF提高了35.30%、22.58%。但GO和rGO都降低了复合材料的击穿场强。     

磁性金属有机框架材料制备及吸附性能研究

利用简单的溶剂热法合成了MIL-101（Fe）/CoFe₂O₄和MIL-101（Fe）/NiFe₂O₄磁性金属有机框架纳米复合材料。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、振动磁强计（VSM）、热重分析仪（TGA）和紫外可见分光光度计（UV）等对复合材料的相结构、形貌、磁性能和吸附性能进行了研究。将磁性金属有机框架材料用于吸附污水中罗丹明B（RhB）,研究了罗丹明B初始质量浓度对复合材料吸附能力的影响。结果表明,制备的磁性金属有机框架复合材料的形貌均匀、结晶度高,具有高的饱和磁化强度。复合物具有金属有机框架材料和磁性材料的双重优点。MIL-101（Fe）/CoFe₂O₄对罗丹明B有较高的吸附能力（97.3 mg/g）。热力学研究发现吸附等温方程符合Langmuir模型,吸附动力学研究表明吸附机制与吸附质和吸附剂有关。磁性金属有机框架纳米复合材料作为污水处理剂将具有广阔的应用前景。     

碳纳米管分散强化PVDF复合薄膜导热性能探究

采用多巴胺（DA）和3?氨基丙基?三甲氧基硅烷（APTMS）对碳纳米管（CNTs）进行DA辅助共修饰,并用溶剂浇铸法制备具有优异热性能和力学性能的聚偏氟乙烯（PVDF）复合薄膜;采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、差示扫描量热仪（DSC）、X射线光电子能谱仪（XPS）、热常数分析仪和电子单纱强力仪等对材料的微观形貌、结晶度、导热性能和力学性能进行了表征。结果表明,经DA和APTMS共修饰后的PDA?CNTs?NH₂具有良好的分散性能;PDA?CNTs?NH₂的加入,有利于改善PVDF复合薄膜的热稳定性;与纯PVDF薄膜和PVDF/CNTs复合薄膜相比,PVDF/PDA?CNTs?NH₂复合薄膜的导热性能和力学性能显著增强,在8 %（质量分数,下同） PDA?CNTs?NH₂的填料负载下,其热导率达到0.337 9 W/（m·K）,是纯PVDF薄膜的1.78倍,其拉伸强度为52.67 MPa,是纯PVDF复合薄膜的1.36倍。     

g-C3N4/Bi2MoO6复合光催化剂的制备及性能研究

结合热缩聚法和水热法制备了g-C₃N₄/Bi₂MoO₆复合光催化剂,利用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、氮气吸附-脱附曲线、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、光致发光光谱（PL）等分析测试技术对材料的结构和性能进行了表征,研究了材料光催化降解罗丹明B（RhB）的效果。结果表明,与纯Bi₂MoO₆相比,g-C₃N₄/Bi₂MoO₆复合材料提高了对可见光的吸收能力,减小了带隙宽度,在可见光激发下提高了降解RhB的光催化活性。其中,5% g-C₃N₄/Bi₂MoO₆复合材料对RhB的降解率最高,在可见光照射180 min对RhB的降解率为93%;而同样条件下Bi₂MoO₆对RhB的降解率为58%。重复性实验表明,复合材料在RhB光降解过程中是稳定的,具有较好的应用潜力。     

光催化材料Bi4O7/BiOBr的制备及其光催化性能研究

以自制的铋酸钾（KBiO₃）为前驱物,采用低温水热法制备七氧化四铋（Bi₄O₇）,再利用氢溴酸原位离子刻蚀法首次成功制备了Bi₄O₇/BiOBr复合物。通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分别观测了样品的物相和形貌特征,复合相具有比二者单相更佳的可见光降解罗丹明B（RhB）的性能,最高可达到30 min内降解86.9%;紫外可见漫反射光谱（DRS）和光致发光光谱（PL）分别证明了其性能的提升是由于复合相拥有更广的光学响应范围和更低的光生载流子复合效率。超氧自由基和空穴是该体系光催化降解过程中的活性物质,并由此提出了一种可能的光催化降解机制,且复合相比单相Bi₄O₇具有更好的光催化降解稳定性。