石墨烯-TiO2復合光催化材料的制備及稀土離子改性研究.pdf

1、TiO2作為光催化材料具有效率高、穩(wěn)定性好、價格低廉、無毒無副作用、無二次污染等優(yōu)點，但是其較寬的帶隙（禁帶寬度為3.2eV）極大的限制了其對可見光的利用率，光生載流子易復合，導致催化效率低，這些都限制了 TiO2的應用范圍。石墨烯作為一種二維材料，其最大的特點是其中電子的運動速度達到光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。將其與 TiO2復合可以極大的提高 TiO2光生電子的遷移率，從而降低光生電子和光生空穴的復合率。

2、同時石墨烯巨大的比表面積，可以為污染物的吸附提供一個平臺，有利于光催化反應的進行。另外，石墨烯是憎水性的，TiO2是親水性的，如何解決二者的不相容問題使納米 TiO2均勻分布在石墨烯表面并對其實施改性，從而制備出光催化性能更佳的復合光催化劑是當前研究的關鍵問題。
　　本論文首先采用Hummers法制備氧化石墨烯（GO），然后用檸檬酸絡合溶膠-凝膠法原位合成 GO-TiO2前驅體，再經硼氫化鈉還原得到石墨烯-TiO2（rGO-TiO

3、2）復合材料，同時用稀土離子（Re=La，Sm）對其進行改性得到 rGO-Re/TiO2復合材料；利用X-射線衍射（XRD）、透射電鏡（TEM）、熒光光譜（PL）對其進行表征分析。研究了 GO加入量、煅燒溫度對復合材料結構與形貌及光催化效率的影響，同時還考察了復合光催化劑投入量對甲基橙降解率的影響。
　　研究結果表明：檸檬酸作為鈦酸四丁酯的水解抑制劑和氧化石墨烯的表面活性劑不僅能解決石墨烯和TiO2不相容的問題，還能使 TiO2粒

4、子均勻分布在石墨烯表面；在 TiO2中引入 GO和Re可抑制金紅石相 TiO2的生成、防止 TiO2顆粒的團聚和長大、延長光生載流子的壽命；此外，用稀土離子改性 rGO-TiO2復合材料還能提高 TiO2從銳鈦礦相向金紅石相的轉變溫度并提高其光催化性能。rGO-TiO2和rGO-Re/TiO2復合光催化劑最佳投入量均為0.10g；GO加入量為10％，400℃煅燒的 rGO-TiO2復合材料降解甲基橙效率最高；而 La3+和Sm3+改性的