石墨烯基光催化复合材料的制备、表征及性能研究

发布时间：2017-12-15 02:05

  本文关键词：石墨烯基光催化复合材料的制备、表征及性能研究

  更多相关文章： 石墨烯 光催化 溶剂热制备 表征 性能测试

【摘要】：石墨烯具有优异的物理化学性质,应用领域广泛。近年来石墨烯基光催化复合材料成为了世界热点研究领域。本文正是针对此领域展开工作,先获得了一种简单便利的石墨烯制备技术,再在此基础上利用原位合成的方法获得了复合光催化剂并对相关性能进行了较为系统的表征和分析,具体内容及结果如下:(1)石墨烯的快速制备及其性能研究以天然石墨粉为碳源、浓硫酸为插层剂、高锰酸钾为氧化剂,在水热反应釜中采用“一步法”结合超声处理实现了对石墨相邻碳原子层的剥离。研究结果表明:水热处理温度对样品的结构和微观形貌有着较为明显的影响,随着温度的逐渐升高,产物出现了从氧化到还原的转变。在相对较低的反应温度下,产物为带有褶皱结构的双层氧化石墨烯薄膜,平均厚度约为2.0 nm;当反应温度上升到115℃时,部分氧化石墨烯出现还原,处于氧化石墨烯到石墨烯之间的过渡态;当反应温度继续升高到135℃,产物全部为为具有无规分布孔洞结构的单层石墨烯纳米筛,平均厚度约为0.8 nm。与“一步法”相对应,本论文还采用了“协同还原法”对氧化石墨烯进行还原。实验结果表明:微波辐照和碱溶液协同法在还原速率和还原程度上均出现了明显的提高,协同处理5 min即可实现氧化石墨烯的有效还原。(2)石墨烯基光催化复合材料的制备、表征与性能研究为了系统地分析研究样品的结构性能及机理,分别运用X射线粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、热重分析仪(TGA)、傅里叶变换-红外光谱仪(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-vis DRS)、激光拉曼光谱仪(LRS),振动样品磁强计(VSM)和原子力显微镜(AFM)对本实验中制备的样品进行了系统性的表征。以硝酸锌和氧化石墨烯为前驱体,分别选择去离子水、无水乙醇和丙酮为溶剂,在碱性环境下采用溶剂热法制备得到了石墨烯-氧化锌光催化复合材料。以亚甲基蓝为目标染料,在光辐照下研究样品的光催化性能。实验结果表明:溶剂体系对样品的微观形貌和性能影响明显,丙酮溶剂中制备的复合材料光催化性能相对较好,180 min的光照处理可有效移除约80%的目标染料;复合光催化材料具备较好的稳定性,样品可循环使用5次。以硝酸锌、硝酸铁和氧化石墨烯为前驱体,分别选择去离子水、无水乙醇和N,N二甲基甲酰胺为溶剂,同样采用溶剂热法制备得到了石墨烯-氧化锌光催化复合材料。实验结果表明:样品具有一定的可见光响应和明显的铁磁响应;溶剂体系对产物的亚甲基蓝稀溶液的光催化性能有着较大影响:N,N二甲基甲酰胺溶剂中制备的复合材料性能相对较好,240 min的可见光辐照处理可有效移除95%的目标染料;样品具有较好的稳定性,可以有效循环使用3次。石墨烯基光催化复合材料的研究过程发现:石墨烯的引入对催化剂的吸附性能和光催化降解性能有着明显的影响,相对于纯的催化剂样品,复合材料对目标染料的的移除效果更为理想,这可能是由于:(1)石墨烯的引入导致了催化剂的能带结构产生一定程度的变化,催化剂的光响应范围出现一定程度的拓宽;(2)石墨烯巨大的比表面积有利于催化剂样品在基体表面的均匀分散,有效阻止了催化剂颗粒的团聚,同时增大了催化剂与染料分子的有效接触面积;(3)石墨烯优良的导电性为光生载流子的快速传递提供了有利条件,大幅度降低了光生电子-光生空穴复合的几率,有效提高了光生载流子的利用效率。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期

5 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期

6 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

7 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期

9 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年

3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年

4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年

5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年

6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年

5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年

6 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年

7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年

10 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年

3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年

4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年

5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年

6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年

7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年

8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年

9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：1290192