一種負載型貴金屬光化學催化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及貴金屬光化學催化劑及其制備方法，尤其涉及一種活性炭負載貴金屬光化學催化劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]光化學反應在有機合成及環保中有廣泛的應用。二氧化鈦因具有良好的禁帶寬度，較強的氧化能力，以及無毒、生物、化學和光化學穩定性好等有點，因此人們將納米二氧化鈦作為常用的光化學反應催化劑。同時由于二氧化鈦在紫外光的作用下具有良好的光催化活性，其也成為了半導體光催化劑的研究熱點，近來有人將鉬與二氧化鈦負載在一起，使得其催化活性得以增強。但是由于二氧化鈦本身的高反光性，使得相當一部分的紫外光被反射而難以被利用，使得光化學催化劑的利用率低。另外，由于二氧化鈦在作為光催化劑的過程中，其光生電子和空穴的復合率較高，也會導致光催化效率偏低，同時二氧化鈦親水特性使其對有機污染物的吸附能力差，很難有效降解水中的有機污染物。
[0003]如果能提高二氧化鈦催化劑的紫外吸收，則其催化活性將大為增強。石墨烯在200nm?360nm有相當高的紫外線吸收能力，如果能夠采用石墨烯類材料負載在二氧化鈦上以增加紫外光的吸收，并將吸收的光能通過能量共振轉移傳遞給二氧化鈦及貴金屬催化劑，那么就能夠實現更加充分地利用光能的效果。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術中的問題，本發明的目的是通過對現有光催化劑的改進，提供一種能夠更充分地利用光能，催化效能顯著提升的負載型貴金屬光化學催化劑及其制備方法，從而達到節約貴金屬催化劑的使用量，降低企業生產成本。
[0005]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:一種負載型貴金屬光化學催化劑的制備方法，其特征在于:其包括以下步驟:
[0006]步驟一，單層氧化石墨烯的制備；
[0007]步驟二，表面負載有石墨烯的二氧化鈦的制備；
[0008]步驟三，負載有石墨烯和貴金屬的二氧化鈦催化劑的制備，也即負載型貴金屬光化學催化劑的制得。
[0009]優選的方案，所述步驟三包括貴金屬顆粒的負載和石墨烯的還原。
[0010]進一步的優選方案，所述貴金屬包括鉬、鈀、金、銀。
[0011]更進一步的優選方案，所述貴金屬為鉬。
[0012]所述步驟一單層氧化石墨烯的制備為:
[0013]稱取lg石墨粉，加入約40g氯化鈉固體充分研磨后水洗出去氯化鈉，過濾烘干后置入23mL濃硫酸中攪拌過夜，然后在冰浴冷卻的條件下加入約5g左右高錳酸鉀，待攪拌均勻后在油浴逐漸升溫至110度(5oC/min)并保溫5min，之后緩慢加入約10mL去離子水并保溫lOmin，然后加入40mL去離子水并持續加熱至沸。待溶液沸騰lOmin后加入10mL30%過氧化氫，5min后加入200mL去離子水并停止加熱，使溶液自然冷卻。將溶液置于離心機中以SOOOrpm左右轉速離心lOmin，傾去上清液并用鹽酸洗滌。反復三次后改用去離子水洗滌，待溶液基本不能被離心下來時所得溶液為單層氧化石墨烯溶液；
[0014]所述步驟二表面負載有石墨烯的二氧化鈦的制備為:
[0015]取納米二氧化鈦50g，加入10 % AMP-95的水溶液150mL(AMP_95化學名稱2-氨基-2-甲基-1-丙醇，結構式為(CH3)2C(NH2)CH20H，無色透明液體)，加熱煮沸并保溫30min,之后冷卻并靜置，傾去上層清液，加蒸餾水洗滌三次，然后加入約lOOmL蒸餾水。取氧化石墨烯約10mg，加入到上述體系中，攪拌過夜。反應結束后可見二氧化鈦表面帶有淺棕黃色，證明氧化石墨烯已經負載在二氧化鈦表面；
[0016]所述步驟三負載有石墨烯和貴金屬的二氧化鈦催化劑的制備，也即負載型貴金屬光化學催化劑的制得為:
[0017]稱取氯鉬酸1.6g，溶于少量水中，將負載有氧化石墨烯的二氧化鈦加適量水攪拌均勻，加入氯鉬酸溶液，然后緩慢滴加10%的水合肼溶液約5mL，至溶液變為灰色后繼續攪拌約2h充分反應。反應結束后靜置待溶液分層，傾去上層清液并加入蒸餾水洗滌數次，至溶液無氯離子(用硝酸銀溶液檢測)。過濾烘干后即得到負載有石墨烯和鉬的二氧化鈦催化劑。
[0018]本發明的再一目的是提供一種由上述的制備方法制作而成的負載型貴金屬光化學催化劑。
[0019]本發明的有益效果在于:通過將石墨烯負載在二氧化鈦的表面，從而制得最終的石墨烯鉬二氧化鈦的貴金屬光化學催化劑，利用石墨烯具有的紫外線吸收能力，采用石墨烯類材料負載在二氧化鈦上以增加紫外光的吸收，并將吸收的光能通過能量共振轉移傳遞給二氧化鈦及貴金屬催化劑，從而實現更加充分地利用光能的效果，提高了貴金屬的光化學催化能力，節約了貴金屬光化學催化劑的使用量，降低了企業生產成本。
[0020]同時，由于我們的制備方法是先采用制備單層氧化石墨烯的方法，再使其負載在二氧化鈦的表面，最后采用貴金屬顆粒的負載和石墨烯的還原的方法制得的貴金屬光化學催化劑，整個制作過程簡單，生產效率高，企業生產成本低。由于單層石墨烯極大的比表面積，能夠使得負載在上面的催化劑能夠充分接觸到底物，從而使催化效果極大提升。同時，石墨烯表面的共軛結構能夠使得光能通過能量共振轉移作用充分轉移至二氧化鈦表面，從而提升二氧化鈦的光量子效率，達到更好的效果。
【附圖說明】
[0021]以下結合附圖和【具體實施方式】來進一步詳細說明本發明:
[0022]圖1為本發明一種負載型貴金屬光化學催化劑中的石墨烯的紫外吸收圖譜示意圖；
[0023]圖2為本發明的一種負載型貴金屬光化學催化劑制備方法中步驟一中得到的氧化石墨烯的原子力顯微鏡圖像示意圖。
【具體實施方式】
[0024]本發明一種負載型貴金屬光化學催化劑的制備方法包括以下步驟:
[002