水热法制备石墨烯/TiO2催化剂
2.1 水热法制备石墨烯/TiO2
2.1.1实验准备
主要试剂：天然石墨粉（含碳量90.0%~99.9%，国药集团化学试剂有限公司），双氧水（浓度≥30%，分析纯A.R，上海桃浦化工厂），过硫酸钾（分析纯A.R，天津市科密欧化学试剂有限公司），五氧化二磷（分析纯A.R，天津市光复科技有限公司），浓硫酸（质量分数95%~98%，分析纯A.R，白银化学试剂厂），浓盐酸（质量分数36%~38%，分析纯A.R，成都市科龙化工试剂厂），三氯化钛（质量分数15%，分析纯A.R，国药集团化学试剂有限公司），去离子水，无水乙醇（分析纯A.R，烟台市双双化工有限公司），高锰酸钾（分析纯A.R，成都市科龙化工试剂厂）。
仪器：85-2型恒温磁力搅拌器（上海司乐仪有限公司），电子天平（上海越平科学仪器有限公司），电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司），KH-100B 型超声波清洗器（昆山禾创超声仪器有限公司），离心机（安徽中科中佳科学仪器有限公司）。
2.1.2实验过程
（1）氧化石墨烯的制备
氧化石墨烯是通过修正后的Hummer法合成。具体步骤如下：
浓硫酸50ml加入300ml烧杯，升温加热到90度；过硫酸钾10g，五氧化二磷10g加入烧杯中，磁力搅拌至完全溶解；溶液冷却到80度，向其中加入12g 石墨粉；混合物在80度保持4.5h后用2L水稀释，过滤纸过滤，清洗去除酸；过滤并真空干燥；将400ml浓硫酸加入到2L的烧杯，冷却到0度（冰水浴），再将预氧化的石墨加入。称取高锰酸钾60g缓慢加入使温度不高于10度；加热到35度，2h后将920ml的水加入，搅拌2h，向其中加入2.8L水，再加50ml 左右的过氧化氢，溶液变成亮黄色；放置一天，移出上清液，剩余的溶液用5升10%的HCl和5L去离子水离心清洗；清洗后的氧化石墨烯溶液透析两个星期，去除其他金属离子；将透析好的溶液冷冻干燥备用。
（2）石墨烯/TiO2复合催化剂的制备
称取7mg 氧化石墨烯加入20ml去离子水中，超声分散20min得到溶液A；将2mL的15wt% TiCl3加入到20ml不同浓度（本实验中分别选取0.5mol/L、
0.25mol/L和0.125mol/L）的HCl溶液中，搅拌得到溶液B；将A和B溶液混合搅拌10min。移至60mL反应釜，180度反应12h。过滤清洗至无氯离子，60度恒温干燥，得到样品。
图2.1 具体实验过程
（3）锐钛矿型TiO2的制备
以钛酸四丁酯为前驱物，反应介质为0.2mol/L的氢氧化钠溶液，180度，12h 水热反应。清洗干燥后再退火处理，制得锐钛矿型二氧化钛。
2.1.3实验原理
水热溶液中的三价钛离子，在强酸条件下先形成八面体的单聚体，然后单聚体之间相互作用，或者单聚体和片状的氧化石墨烯相互作用，形核长大。其具体反应过程如下：
（1）盐酸的作用：盐酸对复合催化剂中二氧化钛晶型的形成作用，可以用“生长基元”理论来解释。根据该理论，当原料和矿化剂盐酸混合后，在反应溶液中，它们分别以分子、离子或原子团的形式溶解于水中；这些分子、离子或原子团之间相互作用，形成某种较稳定的聚合态，即形成生长基元，随后在生长基元外延上生长，形成与生长基元相似的晶型。
矿化剂盐酸的加入，一方面使水热溶液中H+的浓度增加；另一方面，水热溶液中大量的Cl-与钛离子配位。都使得与钛离子配位的OH-数量减少，钛氧八
面体（Ti-O6）配离子之间的连接是通过配离子中的-OH配体之间的脱水反应实现的。当两个Ti-O6八面体配离子之间共边缩聚时，要求共边上的两个-OH同时反应。如果溶液中酸的浓度大，则-OH数量降低，Ti-O6八面体配离子之间共边缩聚的机会小，更有可能发生共角缩聚。即酸性条件有利于金红石型二氧化钛的形成[13]。
（2）氧化石墨烯的作用：片层的氧化石墨烯，一方面为可以提供非均匀形核中心，促进结晶；另一方面氧化石墨烯本身含有许多含氧基团，可以和Ti-O6八面体配离子之间发生缩聚，进而形核长大，形成复合材料。
2.2 样品表征
通过水热法，以三氯化钛为钛源，控制盐酸的浓度，分别制备出了以下石墨烯/二氧化钛复合样品：Graphene-TiO2-1（0.500 mol/L 的盐酸溶液），Graphene-TiO2-2（0.250 mol/L 的盐酸溶液），Graphene-TiO2-3（0.125 mol/L 的盐酸溶液）。然后对其进行了结构和性能的测试和表征。
2.2.1扫描电镜分析
如下图 2.2，分别为氧化石墨烯，以及不同酸性条件下水热生成的复合催化剂SEM形貌图。分析（a）图，水热反应前的氧化石墨烯具有典型的二维结构特征。图（b）、（c）、（d）为氧化石墨烯和二氧化钛水热复合后的形貌，可以看出大多数二氧化钛颗粒以石墨烯为基体生长，形成一种复合结构，尤其是图（d）可以明显看出石墨烯表面附着一层二氧化钛离子膜层。这种结构在光催化反应中可以同时具有吸附和催化作用，提高反应效率。
图2.2 (a) GO的SEM像，(b) 盐酸浓度为0.5mol/L所得样品的SEM像，(c) 盐酸浓度为0.25mol/L所得样品的SEM像，(d) 盐酸浓度为0.125mol/L所得样品的SEM像
2.2.2复合样品XRD分析
图2.3为所测样品的XRD图，由图2.3看出Graphene-TiO2-1、Graphene-TiO2-3的衍射峰与纯锐钛矿型二氧化钛晶型的衍射峰位一致，而且衍射峰尖锐，表明水热复合过程二氧化钛结晶性良好。Graphene-TiO2-2图谱中除了出现锐钛矿晶型衍射峰外，还检测到金红石晶型的峰位，出现了混晶，表明在一定的酸性条件下，生成了部分金红石相。三个复合样品中石墨烯的峰位不是很明显，可能是因为含量较少，被高度结晶的二氧化钛衍射峰覆盖。
图2.4对Graphene-TiO2-2的晶型进一步进行了分析，混晶的出现可能会提高复合样品的光催化性能。
1020304050607080Graphene-TiO2-3
Graphene
pure TiO2
Graphene-TiO2-1
Graphene-TiO2-2
I n t e n s i t y (a .u .)
2 Theta (degree)
图2.3 不同样品的 XRD 花样
10203040506070
80
I n t e n s i t y (a .u .) 2 Theta (degree)
图2.4 盐酸浓度为0.25mol/L 时产物样品的XRD 花样
2.2.3复合样品拉曼分析
图2.5为复合催化样品Graphene-TiO 2-3和纯的锐钛矿型二氧化钛的拉曼图谱，对于锐钛矿型二氧化钛，在399 cm -1 (B 1g )，513 cm -1 (A 1g )，和638 cm -1 (E g )出现了吸收峰。复合样品在相同波数位置也出现了上述锐钛矿的峰位，但是强度
明显减弱了，可能是因为石墨烯的复合占据了二氧化钛的相应格位，降低了其在低频区的吸收峰高度[14]，另外，复合样品在1500 cm -1左右还检测到了石墨烯的特征吸收峰，表明石墨烯和二氧化钛较好的复合。
I n t e n s i t y (a .u .)Raman shift (cm -1)
图2.5 产物样品的Raman 谱
实验名称：水热法制备纳米TiO2 水热法属于液相反应的范畴，是指在特定的密闭反应器中采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。在水热条件下可以使反应得以实现。在水热反应中，水既可以作为一种化学组分起反应并参与反应，又可以是溶剂和膨化促进剂，同时又是一种压力传递介质，通过加速渗透反应和控制其过程的物理化学因素，实现无机化合物的形成和改进。 水热法在合成无机纳米功能材料方面具有如下优势：明显降低反应温度（100-240℃）；能够以单一步骤完成产物的形成与晶化，流程简单；能够控制产物配比；制备单一相材料；成本相对较低；容易得到取向好、完美的晶体；在生长的晶体中，能均匀地掺杂；可调节晶体生成的环境气氛。 一．实验目的 1.了解水热法的基本概念及特点。 2.掌握高温高压下水热法合成纳米材料的方法和操作的注意事项。 3.熟悉XRD操作及纳米材料表征。 4.通过实验方案设计，提高分析问题和解决问题的能力。 二．实验原理 水热法的原理是：水热法制备粉体的化学反应过程是在流体参与的高压容器中进行，高温时，密封容器中有一定填充度的溶媒膨胀，充满整个容器，从而产生很高的压力。为使反应较快和较充分的进行，通常还需要在高压釜中加入各种矿化物。 水热法一般以氧化物或氢氧化物（新配置的凝胶）作为前驱物，他们在加热过程中溶解度随温度的升高而增加，最终导致溶液过饱和并逐步形成更稳定的氧化物新相。反应过程的驱动力是最后可溶的的前驱物或中间产物与稳定氧化物之间的溶解度差。 三．实验器材 实验仪器：10ml量筒；胶头滴管；50ml烧杯；高压反应釜；烘箱；恒温磁力搅拌器。 实验试剂：无水TiCl4；蒸馏水；无水乙醇。 四．实验过程 1.取10mL量筒, 50mL的烧杯洗净并彻底干燥。 2.取适量冰块放入烧杯中，并加入一定的蒸馏水形成20mL的冰水混合物，用恒温磁力搅拌器搅拌，速度适中。
石墨烯及石墨烯光催化复合材料简介 1.1 前言 碳材料是地球上最普遍也是一类具有无限发展前景的材料，从无定形的碳黑到晶体结构的天然层状石墨；从零维纳米结构的富勒烯到二维结构的石墨烯，近几十年来，碳纳米材料一直备受关注。而三维网状结构的石墨烯自组装水凝胶的发现[1]，不仅极大地充实了碳材料家族，为新材料和凝聚态领域提供了新的增长点，而且由于其所具有的特殊纳米结构和性能，使得石墨烯无论是在理论上还是实验研究方面都已展现出了重大的科学意义和应用价值．从而为碳基材料的研究提供了新的目标和方向。 从石墨发现至今，关于石墨烯的研究已经铺满各种期刊杂志，此外，人们对石墨烯衍生物也进行了深入研究，如氧化石墨烯、石墨烯纳米带、石墨烷、磁性石墨烯衍生物等。其中对氧化石墨烯和石墨烯纳米带的研究更为深入。氧化石墨烯是单一的碳原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。由于它在水中具有优越的分散性，长久以来被视为亲水性物质，然而，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。根据不同的碳取材来源和不同的结构，石墨烯纳米带有不同的特性，有些有金属的性质，有的具有半导体性能，从而也使得石墨烯纳米带成为未来半导体候选材料。此外，在挖掘石墨烯潜在的性能和应用方面，石墨烯的复合材料也受到了极大的关注，并且这类复合材料已在生物医学、能量储存、液晶器件、传感材料、电子器件、催化剂等领域显示出了优异的性能和潜在的应用。 总之，不断发现新的性质、衍生物、复合材料以及功能器件，极大地丰富了石墨烯的研究方向、开拓了人们的视野、拓展了石墨烯的应用领域，使得基于石墨烯的材料成为了一个充满魅力与无限可能的研究对象。
水热法合成二氧化钛及研究进展 摘要：水热法合成了不同晶型、形貌、大小和研定形貌的二氧化钛。究了pH值、水热反应温度和水热反应时间对纳米二氧化钛晶型、形貌和晶粒尺寸的影响，对TiO2晶形影响光催化活性的原因进行了探讨。同时从二氧化钛水解制氢、废水处理、空气净化、抗菌、除臭方面介绍了纳米二氧化钛在环境治理方面的应用和发展趋势，并对纳米二氧化钛的制备方法与应用作出展望。 关键词：二氧化钛；晶型；水热法；光催化；制备；应用 纳米二氧化钛(TiO2)具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等性能。纳米TiO2是一种重要的无机功能材料, 可应用于随角异色涂料、屏蔽紫外线、光电转换、光催化等领域，在光催化领域环境治理方面具有举足轻重的地位，可应用在环保中的各个领域，它在环境污染治理中将日益受到人们的重视，具有广阔的应用前景，因此制备高光催化性能的纳米TiO2，拓展纳米二氧化钛的应用也是学者研究的重点。水热法合成纳米TiO2粉体具有晶粒发育完整、粒径分布均匀、不需作高温煅烧处理、颗粒团聚程度较轻的特点。 1.TiO2的制备方法、材料的性能 1.1不同晶型纳米二氧化钛的水热合成 1.1.1实验方法 边搅拌边将2mol·L- 1的四氯化钛水溶液缓慢滴加到115mol·L- 1的氢氧化钠水溶液中，保持30℃反应，生成纳米TiO2前驱体，反应终点的pH值分别控制为110、310、510、810、1110、1210。把纳米TiO2前驱体装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中进行水热反应，120℃～200℃反应1h～48h，反应结束后，冷却至室温，产物经过滤和蒸馏水洗至滤液中无Cl-，在100℃下鼓风干燥10h，粉碎后得到不同结构的纳米TiO2 粉体。选择不同的特征峰(金红石型选110面、锐钛矿型选101面，板钛矿型选121面)，根据特征衍射峰的半高宽，利用Scherrer 公式展宽法估算出其晶粒尺寸。 1.1.2研究与开发 1.1. 2.1pH值对纳米TiO2晶型和形貌的影响 在水热反应温度为200 ℃和水热反应时间24 h的条件下。当pH = 1.0时，产
氧化石墨烯的制备方法： 方法一： 由天然鳞片石墨反应生成氧化石墨，大致分为3 个阶段，低温反应：在冰水浴中放入大烧杯，加入110mL 浓H2SO4，在磁力搅拌器上搅拌，放入温度计让其温度降至4℃左右。加入-100目鳞片状石墨5g，再加入NaNO3，然后缓慢加入15g KMnO4，加完后记时，在磁力搅拌器上搅拌反应90min，溶液呈紫绿色。中温反应：将冰水浴换成温水浴，在磁力搅拌器搅拌下将烧杯里的温度控制在32~40℃，让其反应30 min，溶液呈紫绿色。高温反应：中温反应结束之后，缓慢加入220mL 去离子水，加热保持温度70~100℃左右，缓慢加入一定双氧水(5 %)进行高温反应，此时反应液变成金黄色。反应后的溶液在离心机中多次离心洗涤，直至BaCl2检测无白色沉淀生成，说明没有SO42-的存在，样品在40~50℃温度下烘干。H2SO4、NaNO3、KMnO4一起加入到低温反应的优点是反应温度容易控制且与KMnO4反应时间足够长。如果在中温过程中加入KMnO4，一开始温度会急剧上升，很难控制反应的温度在32~40℃。技术路线图见图1。 方法二：Hummers 方法 采用Hummers 方法[5]制备氧化石墨。具体的工艺流程在冰水浴中装配好250 mL 的反应瓶加入适量的浓硫酸搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g 硝酸钠的固体混合物再分次加入6 g 高锰酸钾控制反应温度不超过20℃搅拌反应一段时间然后升温到35℃左右继续搅拌30 min再缓慢加入一定量的去离子水续拌20 min 后并加入适量双氧水还原残留的氧化剂使溶液变为亮黄色。趁热过滤并用5%HCl 溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥保存备用。方法三：修正的Hummers方法 采用修正的Hummers方法合成氧化石墨，如图1中(1)过程。即在冰水浴中装配好250 mL的反应瓶，加入适量的浓硫酸，磁力搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g硝酸钠的固体混合物，再缓慢加入6 g高锰酸钾，控制反应温度不超过10 ℃，在冰浴条件下搅拌2 h后取出，在室温下搅拌反应5 d。然后将样品用5 %的H2SO4（质量分数）溶液进行稀释，搅拌2 h后，加入6 mL H2O2，溶液变成亮黄色，搅拌反应2 h离心。然后用浓度适当的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反复洗涤、最后用蒸馏水洗涤几次，使其pH~7，得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨(GO)。最后将样品在40 ℃的真空干燥箱中充分干燥。将获得的氧化石墨入去离子水中，60 W功率超声约3 h，沉淀过夜，取上层液离心清洗后放入烘箱内40 ℃干燥，即得片层较薄的氧化石墨烯，如图1中(2)过程。
氧化石墨烯还原的评价标准 摘要还原氧化石墨烯(RGO)是一种 有趣的有潜力的能广泛应用的纳米 材料。虽然我们花了相当大的努力 一直致力于开发还原方法,但它仍然 需要进一步改善,如何选择一个合适 的一个特定的还原方法是一个棘手 的问题。在这项研究中,还原氧化石 墨烯的研究者们准备了六个典型的 方法:N2H4·H2O还原,氢氧化钠还 原,NaBH4还原,水浴还原 ,高温还原以及两步还原。我们从四个方面系统的对样品包括：分散性,还原程度、缺陷修复程度和导电性能进行比较。在比较的基础上,我们提出了一个半定量判定氧化石墨烯还原的评价标准。这种评价标准将有助于理解氧化石墨烯还原的机理和设计更理想的还原方法。 引言 单层石墨烯,因为其不寻常的电子性质和应用于各个领域的潜力,近年来吸引了巨大的研究者的关注。目前石墨烯的制备方法,包括化学气相沉积(CVD)、微机械剥离石墨,外延生长法和液相剥离法。前三种方法因为其获得的石墨烯的产品均一性和层数选择性原因而受到限制。此外,这些方法的低生产率使他们不适合大规模的应用。大部分的最有前途生产的石墨烯的路线是石墨在液相中剥离氧化然后再还原,由于它的简单性、可靠性、大规模的能力生产、相对较低的材料成本和多方面的原因适合而适合生产。这种化学方法诱发各种缺陷和含氧官能团,如羟基和环氧导致石墨烯的电子特性退化。与此同时,还原过程可能导致发生聚合、离子掺杂等等。这就使得还原方法在化学剥离法发挥至关重要的作用。 到目前为止,我们花了相当大的努力一直致力于开发还原的方法。在这里我们展示一个简单的分类:使用还原剂(对苯二酚、二甲肼、肼、硼氢化钠、含硫化合物、铝粉、维生素C、环六亚甲基四胺、乙二胺(EDA) 、聚合电解质、还原糖、蛋白质、柠檬酸钠、一氧化碳、铁、去甲肾上腺素)在不同的条件(酸/碱、热处理和其他类似微波、光催化、声化学的,激光、等离子体、细菌呼吸、溶菌酶、茶溶液)、电化学电流,两步还原等等。这些不同的还原方法生成的石墨烯具有不同的属性。例如,大型生产水分散石墨烯可以很容易在没有表面活性稳定剂的条件下地实现由水合肼还原氧化石墨烯。然而,水合肼是有毒易爆,在实际使用的过程中存在困难。水浴还原方法可以减少缺陷和氧含量的阻扰。最近,两个或更多类型的还原方法结合以进一步提高导电率或其他性能。例如,水合肼还原经过热处理得到的石墨烯通常显现良好的导电性。
水热法制备ZnO纳米棒 10092629 朱晓清 10092632 蒋桢 一、实验目的： 1、掌握水热合成方法。 2、掌握晶体分析方法。 二、实验原理： 压强是高压釜内填充度、温度的函数，提高压强会提高成核速率，有利于粉体的产生，粉体粒径较小。根据公式（1） P 1 V=nRT (1) P 2=P (2) P=P 1+P 2 =nRT/V+P (3) 式中：P 1 ——T温度时高压釜内空气的压强； P 2 ——T温度时高压釜内水的压强； P——T温度时高压釜内的总压强； P ——T温度时水的饱和蒸汽压； V——高压釜内气体体积。 可以看出在一定的水热温度下，压强的大小依赖于反应器中的原始溶剂的填充度。反应釜内的压强随填充度增大而升高。 ZnO纳米棒的形成过程可以分为两个阶段：第一阶段是成核阶段，第二阶段是生长阶段。具体的形成过程可以用下列反应式表示： Zn2++2OH-→Zn(OH) 2 (4) (CH 2) 6 N 4 +10H 2 O → 6HCHO + 4NH 3 ·H 2 O (5) NH 3·H 2 O ?NH4++OH- (6) Zn2++4NH 3→Zn(NH 3 ) 4 2+ (7) Zn(OH) 2→ZnO+H 2 O (8) Zn(OH) 42-→ZnO+ H 2 O+2OH- (9) 当将氢氧化钠滴入含有Zn2+的水溶液中，边滴入边搅拌，溶液变浑浊，这是由于有Zn(OH) 2 白色胶体生成(见反应式4)，同时六次甲基四胺水解产生的氨水
（见反应式5），作为螯合剂通过和Zn2+结合而形成胺化合物Zn(NH 3) 4 2+（见反应式 7），而溶液中生成的Zn(OH) 4 2-为这个过程提供了条件，在这种溶液环境下，一 部分的Zn(OH) 2 胶体分解成Zn2+和OH-，当Zn2+和OH-的浓度大到超过某个临界值时，就会有大量的ZnO 晶核形成，那么最终的晶体生长过程就开始了（见反应式8和9）。 方法一（首选） 三、实验仪器和试剂： 1、仪器：超声清洗机，烧杯，水热合成反应釜，鼓风干燥箱，XRD衍射仪，扫描电子显微镜，紫外可见分光光度计。 2、试剂：铜衬底，丙酮，无水乙醇（C 2H 5 OH，分析纯），去离子水，硫酸锌（ZnSO 4 ·7H 2 O， 分析纯），氢氧化钠（NaOH，分析纯），六次甲基四胺（又名HMTA，C 6H 12 N 4 ，分 析纯）。 四、实验步骤： 1、铜衬底的清洗 清洗的目的是为了去掉衬底表面的油渍、脏物和表面杂质等，使其表面光亮平滑，避免杂质及缺陷在纳米棒生长过程中对纳米棒的形貌产生影响。具体的清洗过程如下： (1)将大小约为1cm×1cm 的铜衬底放入盛有乙醇的烧杯中，在超声仪中超声 10 分钟。 (2)取出衬底片，放入丙酮中超声10 分钟。 (3)取出衬底片，放入乙醇中超声10 分钟。 (4)最后再用去离子水超声一次，并经流动的去离子水反复冲洗后，用洗耳球 小气流吹干。 2、在铜衬底上制备ZnO纳米棒步骤： 将0.0056 mol硫酸锌溶于35 mL 去离子水中配制成溶液，同时按Zn2 +与OH-摩尔比值1:8将0.056 mol氢氧化钠溶于35 mL去离子水中;在磁力搅拌条件下，将氢氧化钠溶液逐滴滴加到硫酸锌的溶液中; 持续搅拌10 min 后，将0.50 g六次甲基四胺加入到上述溶液中并持续磁力搅拌10 min; 然后将混合溶液转移到内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，将第一步中清洗的铜衬底垂直放置（如图1所示）。
文章编号:１００１-９７３１(２０１６)０７-０７０３４-０４ 石墨烯基光催化剂在能源转化方面的应用? 董倩,伍水生,马博凯,王亚明 (昆明理工大学化学工程学院,昆明６５０５０４) 摘要:石墨烯半导体复合纳米材料被视为一种最有潜力的光催化剂,由于其独特的物理化学性质在太阳能转化为化学能领域十分引人注目.石墨烯基光催化剂活性的增强机理包括光生电子-空穴对复合的减少,光吸收范围的扩大和光吸收强度的增强,表面活性位点的增加以及光催化剂化学稳定性的改善.综述石墨烯基光催化剂在能源转化如光催化分解水和CO２的光催化还原成碳氢化合物的应用并且简要分析了其活性增强的机理.关键词:石墨烯基纳米材料;光催化;光解水;能源转化 中图分类号: O６１１．４文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１６．０７．００７ ０ 引言 石墨烯,由s p２杂化碳原子组成的单层二维纳米片,是一种零带隙半导体.自从２００４年通过简单的机械剥离得到石墨烯之后[１],发现它具有优异的物理化学性质如高柔性结构[２],大表面积(２６３０m２/g)[３],高导电性和导热性(约５０００W/(m K))[４].由于这些独特的特性,导致了研究者对石墨烯的关注,并进一步探讨它在材料科学领域的潜能.石墨烯以及它的衍生物的合成方法大致包括两类: to p-down 和 bottom-u p . to p-down 的外延生长方法一般包括化学气相沉积法[５-９]和有机合成法[１０-１２],它不仅能够制造大尺寸和高品质的石墨烯同时也可调整其形态与结构[１３-１５]. bottom-u p 生长的石墨烯包括机械剥离石墨[１]二石墨电化学膨胀[１６]以及由石墨烯氧化物(GO)还原的石墨烯,虽然石墨烯来自还原氧化石墨烯不可避免地引入了含氧基团和缺陷,但这是具有大规模二低成本制备石墨烯的简单策略[１７]. 利用石墨烯的导电性能好和高比表面积,将它与半导体复合构成新型复合光催化剂一方面可以提高光生电子迁移率使光生电子-空穴对易于分离,从而加速光催化反应.另一方面大比表面积的石墨烯有助于提高污染物分子在催化剂表面的吸附能力[１８-２０].这里,我们重点评述了最近有关石墨烯光催化剂在能源转化方面的的研究.首先介绍了石墨烯复合材料在能源转化方面如光催化分解水和光催化还原CO２的应用,然后简要说明了石墨烯复合材料光催化活性增强的基本原理.１石墨烯基光催化剂在能源转化方面的应用１．１光催化分解水 吸收太阳能来分解水是生产H２和O２最洁净的的方法之一,太阳能分解水制备H２对开发无碳燃料和可持续能源系统是一种有前途的解决方案.然而这种技术的实际应用受限于无法利用可见光,量子效率低,和/或催化剂的光降解[２１].考虑到石墨烯良好的导电率和高比表面积,石墨烯作为有效的电子受体以提高光生电荷转移以及通过分离氢氧的析出位点来抑制逆向反应从而提高光催化产生H２活性(图１所示). 图１光解水在作为电子受体的石墨烯的不同位点选择性催化示意图 Fi g１Schematic illustration of selective catal y sis of water s p littin g at different sites on g ra p hene used as a conductin g su pp ort 溶胶-凝胶法合成的TiO２-５％(质量分数)g ra p hene 复合材料在紫外照射下H２的析出量(４．５μmol/h)比P２５高出２倍,可能是引入石墨烯降低了光生电子-空穴对的复合[２２-２３].通过水热法制备的P２５-RGO具有更好的性能(P２５/RGO质量比＝１/０．２,H２:７４μmol/h),水热反应导致P２５和石墨烯之间产生强相互作用,显示出比P２５(H２:６．８μmol/h)更高的活性[２４-２５].理论计算揭示了锐钛矿型TiO２的{００１}面为具有最高表面能反应面,催化结果显示紫外照射下石墨烯-暴露{００１}面的改性TiO２纳米片(石墨烯含量 ４３０７ ０２０１６年第７期(４７)卷 ?基金项目:国家自然科学基金资助项目(２１４０１０８８);云南省应用研究基础资助项目(KKSY２０１２０５０２５);昆明理工大学分析测试基金资助项目(２０１５０３５７,２０１５０３２０) 收到初稿日期:２０１５-０５-２６收到修改稿日期:２０１５-０８-０６通讯作者:伍水生,E-mail:wuss２００５＠１２６．com 作者简介:董倩(１９９０－),女,陕西宝鸡人,在读硕士,师承伍水生副教授,从事石墨烯纳米材料研究.
纳米催化剂的介绍及其制备 --工业催化剂小论文 姓名:蒋应战 班级:化工091 学号:0806044111(32号) 指导老师:宫惠峰老师 学校:邢台职业技术学院
目录 1.纳米材料作催化剂的特点 (2) 2.纳米催化剂制备……………………………….. ..2-3 3.微乳液法制备纳米催化剂………………………...4-9 4.纳米粒子催化剂的应用 (10) 5.纳米催化剂的展望................................. . (11) 参考文献................................. . .. (11)
纳米催化剂的介绍及其制备 纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级(1nm～l00nm)的超细粒子材料。纳米技术是当前材料学中研究的前沿和热点，纳米粒子具有比表面积大、表面晶格缺陷多，表面能高的特性，在一些反应中表现出优良的催化性能。纳米催化剂的制备已成为催化剂制备学科中的一个热点。纳米催化剂相对常规尺寸的催化剂具有更高的表面原子比和比表面积，其催化活性和选择性大大高于传统催化剂，可作为新型材料应用于化工中。 1. 纳米材料作催化剂的特点 工业生产中的催化剂应具有表面积大,稳定性好,活性高等优点。而纳米材料恰恰满足这些特点。采用纳米材料制备的催化剂比常规催化剂的催化效率选择性更高。例如,利用纳米材料可用作加氢催化剂,粒经小于0.3ｎｍ的镍和铜—锌合金的纳米材料的催化效率比常规镍催化剂高10倍。又如纳米稀土氧化物/氧化锌可作为二氧化碳选择性氧化乙烷制乙烯的催化剂,用这种纳米催化剂,乙烷和二氧化碳反应可高选择性地转化为乙烯,乙烷转化率可达60%,乙烯选择性可达90%。 1.1 纳米催化剂的表面与界面效应 纳米催化剂颗粒尺寸小,位于表面的原子占的体积分数很大,产生了相当大的表面能,随着纳米粒子尺寸的减少,比表面积急剧加大,表面原子数及所占的比例迅速增大。例如,某纳米粒子粒径为5ｎｍ时,比表面积为180/ｇ,表面原子所占比例为50%,粒径为2ｎｍ时,比表面积为450/ｇ,表面原子所占比例为80%,由于表面原子数增多,比表面积大,原子配位数不足,存在不饱和键,导致纳米颗粒表面存在许多缺陷,使其具有很高的活性,容易吸附其它原子而发生化学反应。这种表面原子的活性不但引起纳米粒子表面输送和构型的变化,同时也引起表面电子自旋、构象、电子能谱的变化。 1.2纳米催化剂的量子尺寸效应 当粒子的尺寸降到(1～10)ｎｍ时,电子能级由准连续变为离散能级,半导体纳米粒子存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级,能隙变宽,此现象即量子尺寸效应,量子尺寸效应会导致能带蓝移,并有十分明显的禁带变宽现象,使得电子/空穴具有更强的氧化电位,从而提高了纳米半导体催化剂的光催化效率。 1..3纳米粒子宏观量子隧道效应 量子隧道效应是从量子力学观点出发,解释粒子能穿越比总能量高的势垒的一种微观现象。近年来发现,微颗粒的磁化强度和量子相干器的磁通量等一些宏观量也具有隧道效应,即宏观量子隧道效应。研究纳米这一特性,对发展微电子学器件将具有重要的理论和实践意义。 2. 纳米催化剂制备 目前制备纳米材料微粒的方法有很多，但无论采用何种方法，制备的纳米粒子必须符合下列要求：a.表面光洁；b.粒子形状、粒径及粒度分布可控；c.粒子不易团聚、易于收集；d.包产出率高。
氧化石墨烯的制备及表征 文献综述 材料0802班 李琳 200822046
氧化石墨烯的制备及表征 李琳 摘要：石墨烯(又称单层石墨或二维石墨)是单原子厚度的二维碳原子晶体,被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1]。石墨烯可通过膨胀石墨经过超声剥离或球磨处理来制备[2,3]，其片层厚度一般只能达到30~100 nm，难以得到单层石墨烯(约0.34 nm)，并且不容易重复操作。所以寻求一种新的、容易和可以重复操作的实验方法是目前石墨烯研究的热点。而将石墨氧化变成氧化石墨，再在超声条件下容易得到单层的氧化石墨溶液，再通过化学还原获得，已成为石墨烯制备的有效途径[4]。通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合材料的研究前景。 关键词：氧化石墨烯，石墨烯，氧化石墨，制备，表征 Oxidation of graphite surfaces preparation and Characterization LI Lin Abstrat：Graphite surfaces (also called single graphite or 2 d graphite )is the single atoms thickness of the 2 d carbon atoms crystal, is considered fullerenes, carbon nanotubes and graphite basic structure unit [1].Graphite surfaces can through the expanded graphite after ultrasonic stripping or ball mill treatment topreparation [2,3], a piece of layer thickness normally only up to 30 to 100 nm, hard to get the single graphite surfaces (about 0.34 nm), and not easy to repeated operation. So to search a new, easy to operate and can be repeated the experiment method of the graphite surfaces is the focus of research. And will graphite oxidization into oxidation graphite, again in ultrasonic conditions to get the oxidation of the single graphite solution, again through chemical reduction get, has become an effective way of the preparation of graphite surfaces [4]. Through the review of graphite oxide and oxidation graphite surfaces of the preparation, structure, modification of polymer and the
水热法制备TiO2纳米材料 实验目的：采用水热法，制备了不同晶相的二氧化钛( 即锐钛矿相和金红石相) 。 实验原理：以无水TiCl4为原料制备出的纳米晶是锐钛矿相的, 而用钛酸四正丁酯制备的纳米晶是金红石相的。两者的晶相有所不同, 这是因为无水TiCl4 中加入水后水解剧烈, 已经直接生成了大量的锐钛矿相TiO2。而钛酸四正丁酯中加入水后, 水解速度较慢, 首先生成锐钛相TiO2, 而生成的锐钛矿相TiO2 颗粒较小, 故其反应的活性较大。在水热反应过程中, 如果保温时间足够长, 就有可能由锐钛矿相完全转变为金红石相。采用本方法制备出的金红石相的TiO2 纳米晶相的过程更简单、反应温度更低。 实验药品，器材 无水TiCl4、钛酸四正丁酯、HCl 溶液(12 mol/L) X 射线衍射（XRD）、透射电子显微镜( TEM) 高压反应釜、高速离心机、恒温干燥箱 实验过程：T iO 2 纳米颗粒的制备 (1)以无水TiCl4 为原料取容量为10 mL 的小量筒1 只, 将其放进干燥箱彻底干燥后(因为TiCl4 极易水解)取出, 量取2 mL 的无水TiCl4。把量筒内的无水TiCl4 倒入已经清洗干净、并且已经干燥过的高压反应釜的内衬中。用容量为20 mL的量筒量取20 mL 蒸馏水并快速倒入反应釜的内衬中。反应温度为120 ℃, 时间为5 h 。样品自然冷却后, 用蒸馏水和无水乙醇冷却, 直接用于XRD 和TEM 的观测。 ( 2) 以钛酸四正丁酯为原料 用量筒量取2 mL 的钛酸四正丁酯倒入反应釜的内衬后, 以体积比为1 ∶10 量取20 mL 蒸馏水, 将蒸馏水倒入内衬和钛酸四正丁酯混合后放入烘箱中。反应温度为120 ℃, 时间为5 h 。样品自然冷却后, 用蒸馏水和无水乙醇冷却, 直接用于XRD 和TEM 的观测。 数据记录 参考文献： 夏金德. 水热法制备二氧化钛纳米材料[J].安徽工业大学学报,2007 ,24（2）140- 141. 肖逸帆，柳松. 纳米二氧化钛的水热法制备及光催化研究进展[J].硅酸盐通报,2007, 26(3)523-527
水热法制备石墨烯/TiO2催化剂 2.1 水热法制备石墨烯/TiO2 2.1.1实验准备 主要试剂：天然石墨粉（含碳量90.0%~99.9%，国药集团化学试剂有限公司），双氧水（浓度≥30%，分析纯A.R，上海桃浦化工厂），过硫酸钾（分析纯A.R，天津市科密欧化学试剂有限公司），五氧化二磷（分析纯A.R，天津市光复科技有限公司），浓硫酸（质量分数95%~98%，分析纯A.R，白银化学试剂厂），浓盐酸（质量分数36%~38%，分析纯A.R，成都市科龙化工试剂厂），三氯化钛（质量分数15%，分析纯A.R，国药集团化学试剂有限公司），去离子水，无水乙醇（分析纯A.R，烟台市双双化工有限公司），高锰酸钾（分析纯A.R，成都市科龙化工试剂厂）。 仪器：85-2型恒温磁力搅拌器（上海司乐仪有限公司），电子天平（上海越平科学仪器有限公司），电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司），KH-100B 型超声波清洗器（昆山禾创超声仪器有限公司），离心机（安徽中科中佳科学仪器有限公司）。 2.1.2实验过程 （1）氧化石墨烯的制备 氧化石墨烯是通过修正后的Hummer法合成。具体步骤如下： 浓硫酸50ml加入300ml烧杯，升温加热到90度；过硫酸钾10g，五氧化二磷10g加入烧杯中，磁力搅拌至完全溶解；溶液冷却到80度，向其中加入12g 石墨粉；混合物在80度保持4.5h后用2L水稀释，过滤纸过滤，清洗去除酸；过滤并真空干燥；将400ml浓硫酸加入到2L的烧杯，冷却到0度（冰水浴），再将预氧化的石墨加入。称取高锰酸钾60g缓慢加入使温度不高于10度；加热到35度，2h后将920ml的水加入，搅拌2h，向其中加入2.8L水，再加50ml 左右的过氧化氢，溶液变成亮黄色；放置一天，移出上清液，剩余的溶液用5升10%的HCl和5L去离子水离心清洗；清洗后的氧化石墨烯溶液透析两个星期，去除其他金属离子；将透析好的溶液冷冻干燥备用。 （2）石墨烯/TiO2复合催化剂的制备 称取7mg 氧化石墨烯加入20ml去离子水中，超声分散20min得到溶液A；将2mL的15wt% TiCl3加入到20ml不同浓度（本实验中分别选取0.5mol/L、
实验十、氧化石墨烯的制备实验 一、实验目的 1、掌握Hummers法制备氧化石墨烯。 2、了解氧化石墨烯结构与性能表征。 二、实验原理 1、氧化石墨烯 氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。 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。鉴于氧化石墨烯在石墨烯材料领域中的地位，许多科学家试图对氧化石墨烯的结构进行详细和准确的描述，以便有利于石墨烯材料的进一步研究，虽然已经利用了计算机模拟、拉曼光谱，核磁共振等手段对其结构进行分析，但由于种种原因(不同的制备方法，实验条件的差异以及不同的石墨来源对氧化石墨烯的结构都有一定的影响)，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。 图1 氧化石墨烯的结构 2、氧化石墨烯的制备 氧化石墨烯的制备一般有三种方法：brodie法、Staudenmaier法、hummers法。这三种方法的共同点都是利用石墨在酸性质子和氧化剂的作用下氧化而成的，但是不同的方法各有优点。Brodie 等人于1859年首次用高氯酸和发烟硝酸作为氧化剂插层制备出
实验目的： （1）了解石墨烯的结构和用途。 （2）了解氧化后的石墨烯比纯石墨烯的性能有何提升 （3）了解Hummers法的原理 一、实验原理： 天然石墨需要进行先氧化，得到氧化石墨，再经过水合肼的作用下还原，才能得到在水相条件下稳定分散的石墨烯。 石墨的氧化过程采用浓硫酸和高锰酸钾这两种强氧化剂，氧化过程中先加浓硫酸，搅拌均匀后再加高锰酸钾，氧化过程从石墨的边沿进行，然后再到中间，氧化程度与持续时间有关。氧化过程中要增加石墨的亲水性，以便于分散，分散一般使用超声分散法。 氧化后的氧化石墨烯需要进行离心处理，使得pH值在6到7之间，目的是洗去氧化石墨烯的酸性，根本原因是研究表明氧化石墨烯和石墨烯在碱性条件下可以形成稳定的悬浮液。 氧化石墨烯的还原有多种方法，化学还原和热还原等，化学还原采用水合肼，热还原采用作TGA后，加热到200℃，一般大部分的含氧官能团都能除去。 二、实验内容： 1、利用氧化还原法制备石墨烯 2、对制得的石墨烯进行结构表征 三、实验过程： 实验利用Hummers法进行实验： 1、在三颈瓶外覆盖冰块，制造冰浴环境，并在三颈瓶内放入搅拌磁石； 2、将冰状天然石墨4g和硝酸钠2g倒入三颈瓶中； 3、将92ml浓硫酸倒入三颈瓶中； 4、开启磁力搅拌器，把溶液搅拌均匀后再缓慢加入高锰酸钾12g，在冰浴环境下搅拌3h； 5、升温至35℃，保持搅拌0.5h或1h，此时是对石墨片层中间进行氧化作用，氧化程度与持续时间有关； 6、加入去离子水184ml，缓慢滴加，保持温度低于100℃，升温至90℃，保温3h，溶液变红； 7、加300ml去离子水和30%的双氧水溶液10ml，使得高锰酸钾反应掉，静置一晚，倒掉上层清液； 8、对溶液进行离心操作7-8次，使得pH值在6-7； 9、减压蒸馏，进行还原反应得到石墨烯； 10、对得到的产物进行结构表征。
葡萄糖水热法制备纳米碳球 广州华南农业大学理学院09材化（2）班林勋，200930750211 引言 炭微球材料由于其具有高密度、高强度、高比表面积以及在锂离子电池方面的应用前景，已经引起许多研究人员的兴趣。碳微球的形状和大小显著影响着其电学性能。 葡萄糖在水热条件下会发生许多化学反应，实验结果表明：炭微球的增长似乎符合LaMer 模型（见图1），当0.5 mol·L-1 的葡萄糖溶液在低于140 C 或反应时间小于1h 时不会形成炭球，在此条件下反应后溶液呈橙色或红色并且粘度增强，表明有芳香族化合物和低聚糖形成，这是反应的聚合步骤。当反应条件为0.5 mol·L-1、160℃、3h 时开始出现成核现象，这个碳化步骤可能是由于低聚糖之间分子间脱水而引起的交联反应，或者在先前步骤中有其它大分子的形成，然后形成的核在溶液中各向同性生长所致。从现有的研究结果表明，制备过程中的反应条件如葡萄糖的起始浓度、反应温度和反应时间直接影响炭球的粒径分布，其中反应时间对颗粒粒径影响很大，随着反应时间的延长，这些纳米炭球粒径从150nm（最初核的大小，实验所得到的最小的尺寸）生长到1500 nm。 由葡萄糖水热法制备纳米炭球具有绿色环保无污染的特点，实验过程中没有引入任何引发剂以及有毒溶剂，制备得到的炭球粒径均匀，大小可控，同时表面含有大量活性官能团，具有优良的亲水性和表面反应活性，可应用于生物化学、生物诊断以及药物传输领域，也可以作为制备核壳结构材料或者多孔材料的模板等等，具有令人欣喜的应用前景。 图1 水热法形成炭球的结构变化示意图 1 实验部分 1.1 实验仪器与试剂
葡萄糖，去离子水，95%乙醇，50mL 高压反应釜，鼓风干燥箱，电子天平，抽滤装置（有机滤膜），滤纸，玻璃棒 1.2 纳米碳球的制备 纳米碳球的制备参见文献[1]。用电子天平称取 6g 葡萄糖放入50mL 反应釜内衬（图2）中，用移液管准确移取35mL 去离子水（葡萄糖溶液的浓度为0.952 mol·L -1 ）加入到上述反应釜中，用玻璃棒搅拌溶液，使葡萄糖全部溶解，然后装入反应釜中，用扳手拧紧反应釜，放入烘箱中。设定反应条件为：温度 180?C ，反应时间 4~12 h 。待反应结束后，降至室温，取出反应釜，将釜内黑褐色溶液抽滤（用40 um 有机滤膜），并及时清洗反应釜内衬，抽滤时用去离子水和 95% 乙醇清洗至滤液为无色。将样品用滤纸包好放入干燥箱中70℃干燥 4h 。收集样品，称重并计算产率。 图2 反应釜实物与结构示意图 1.3 纳米碳球的表征 1.3.1 X-射线衍射分析 测定所制备碳球的晶型以判断该碳球所属的类型（如普通碳还是石墨型碳） 1.3.2 红外光谱分析 测定碳球的活性官能团，表征不同制备条件下得到的碳球活性官能团变化 2 结果与讨论 2.1 实验数据 实验最终制备得到的纳米碳球的质量为 0.1255 g ，根据下列化学方程式 C 6H 12O 6 6C+6H 2O 可得产率23%.5100%4 .21255.0100%理论产率实际产率ω=?=?=
化学还原法制备石墨烯的研究进展近年来，研究人员利用多种方法开展了石墨烯的制备工作，主要包括化学剥离法、金属表面外延法、SiC表面石墨化法和化学还原法等[1]。目前应用最广泛的合成方法是化学还原法。石墨烯在氧化的过程中会引入一些化学基团，如羧基（-COOH）、羟基（-OH）、羰基（-C = O）和环氧基（-C-O-C）等，这些基团的生成改变了C-C之间的结合方式，导致氧化石墨烯的导电性急剧下降，并且使具有的各种优异性能也随之消失。因此，对氧化石墨烯进行还原具有非常重要的意义，主要是先将氧化石墨烯分散（借助高速离心、超声等）到水或有机溶剂中形成稳定均相的溶胶，再按照一定比例用还原剂还原，得到单层或者多层石墨烯。还原得到的石墨烯有望在电子晶体管、化学传感器、生物基因测序以及复合材料等众多领域广泛应用。 目前，制备氧化石墨烯的技术已经相当成熟，其层间距（0.7~1.2 nm）较原始石墨烯层间距大，更有利于将其他物质分子插入。研究表明氧化石墨烯表面和边缘有大量的羟基、羧基等官能团，很容易与极性物质发生反应，得到改性氧化石墨烯。氧化石墨烯的有机改性可使其表面由亲水性变为亲油性，表面能降低，从而提高与聚合物单体或聚合物之间的相容性，增强氧化石墨烯与聚合物之间的粘接性。如果使用适当的剥离技术（如超声波剥离法、静电斥力剥离法、热解膨胀剥离法、机械剥离法、低温剥离法等），那么氧化石墨烯就能很容易的在水溶液或有机溶剂中分散成均匀的单层氧化石墨烯溶液，使利用其反应得到石墨烯成为可能。氧化还原法最大的缺点是制备的石墨烯有一定的缺陷，因为经过强氧化剂氧化得到的氧化石墨烯，并不一定能被完全还原，可能会损失一部分性能，如透光性、导热性，尤其是导电性，所以有些还原剂还原后得到的石墨烯在一定程度上存在不完全性，即与严格意义上的石墨烯存在差别。但氧化还原方法价格低廉，可以制备出大量的石墨烯，所以成为目前最常用制备石墨烯的方法。
第３期２０１７年６月 矿产保护与利用 CONSERVATION AND UTILIZATION OF MINERAL RESOURCES №．３ Ｊｕｎ．２０１７ 矿物材料 石墨烯的制备及其在光催化材料中的应用倡 李珍1，2，杨剑波1，2，刘学琴1，2，沈毅1，2，李云国3，张寄丹3 （１．纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心，湖北武汉４３００７４；２．中国地质大学材料与化学学院，湖北武汉４３００７４；３．黑龙江省第六地质勘察院，黑龙江佳木斯１５４０００） 摘 要：以黑龙江鸡西柳毛鳞片石墨为原料制备石墨烯，重点探讨了氧化剂配比、氧化时间对氧化石墨结构 的影响，表征了氧化石墨、氧化石墨烯与石墨烯的晶体结构与形貌特征。并将石墨烯与氧化锌纳米棒阵列 （ＲＧＯ／ＺＮＲｓ）复合，研究了石墨烯浓度对石墨烯／氧化锌纳米棒阵列复合材料光催化降解性能的影响，分析 了复合材料的光降解机制。结果表明：鸡西柳毛天然鳞片石墨成功制备成单层或少层还原氧化石墨烯片，厚 度为１．１～１．３ｎｍ。石墨烯的引入有效增强了ＲＧＯ／ＺＮＲｓ复合材料光催化降解性能。当石墨烯浓度为２ ｍｇ／ｍＬ时，ＲＧＯ／ＺＮＲｓ复合材料中石墨烯的含量达到最优值，光催化性能最佳。 关键词：石墨；石墨烯；ＲＧＯ／ＺＮＲｓ复合材料；光催化降解 中图分类号：ＴＢ３８３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－００７６（２０１７）０３－００８４－０６ ＤＯＩ：１０．１３７７９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１００１－００７６．２０１７．０３．０１６ Preparation of Graphene and Its Application in Photocatalytic Materials LI Zhen1，2，YANG Jianbo1，2，LIU Xueqin1，2，SHEN Yi1，2，LI Yunguo3，ZHANG Jidan3（1．Engineering Research Center of Nano－geomaterials of Ministry of Educationm，Wuhan430074，Chi－na；2．Faculty of Materials Science and Chemistry，China University of Geosciences，Wuhan430074，Chi－na；3．The Six Institute of Geology Exploration of Heilongjiang Province，Jamusi154000，China）Abstract：ＧｒａｐｈｅｎｅｈａｄｂｅｅｎｆａｂｒｉｃａｔｅｄｕｓｉｎｇＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＪｉｘｉＬｉｕｍａｏｆｌａｋｅｇｒａｐｈｉｔｅａｓｒａｗｍａｔｅ－ ｒｉａｌｓ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｏｘｉｄａｎｔｒａｔｉｏ，ｏｘｉｄａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｆｅａｔｕｒｅｓｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｅｏｘｉｄｅ，ｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅａｎｄｇｒａｐｈｅｎｅｈａｄｂｅｅｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＫＭｎＯ４ｄｏｓａｇｅｏｎｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｎｗｅｃｏｍｂｉｎｅｄ ＺｎＯｎａｎｏｒｏｄａｒｒａｙｓ（ＲＧＯ／ＺＮＲｓ）ｗｉｔｈｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｎ ｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＲＧＯ／ＺＮＲｓｈａｄｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｈｏｔｏ－ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｄｂｅｅｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ｉｔｔｕｒｎｓｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｇｒａ－ ｐｈｅｎｅｅｘｈｉｂｉｔｅｄｏｎｅｏｒｓｅｖｅｒａｌｌａｙｅｒｓｆｏｒｔｈｅｌｅｓｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（１．１－１．３ｎｍ）．ＴｈｅＲＧＯ／ＺＮＲｓｄｉｓ－ ｐｌａｙｅｄａｎｅｎｈａｎｃｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｙｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ．Ｆｉｎａｌ－ ｌｙ，ｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｉｓ２ｍｇ／ｍＬ，ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｇａｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Key words：ｇｒａｐｈｉｔｅ；ｇｒａｐｈｅｎｅ；ＲＧＯ／ＺＮＲｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ 石墨在电气工业、化学工业、冶金铸造、核工业、航天工业等诸多领域中都有广泛的应用。随着石墨 倡收稿日期：２０１７－０４－１２ 基金项目：黑龙江国土资源厅项目（２０１６０２） 作者简介：李珍（１９６３－），女，山西临汾人，博士，教授，主要从事矿物材料功能化研究。 万方数据