一種石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料及其制備方法和應用
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯?γ?鉬酸鉍納米復合材料的制備方法，包括以下步驟：1)將石墨烯，硝酸鉍和乙二醇一起溶劑熱反應，再經過濾、洗滌、烘干得石墨烯?乙二醇鉍復合物；2)將所得復合物均勻分散在鉬酸鈉水溶液中，調節所得溶液體系的pH值為0?3，然后進行水熱反應，再經過濾、洗滌、烘干得石墨烯?γ?鉬酸鉍納米復合材料。本發明以石墨烯、硝酸鉍、鉬酸鈉，乙二醇為主要原料，采用溶劑熱法和水熱法相結合制備出石墨烯?γ?鉬酸鉍納米復合材料，本法涉及的制備工藝設備簡單、反應條件溫和、能耗小，工藝新穎，制備的納米復合材料比表面積大，可見光光催化性能優異。
【專利說明】
一種石墨烯-γ -鉬酸鉍納米復合材料及其制備方法和應用
技術領域
[0001 ]本發明屬于環保新材料領域，具體涉及一種石墨烯-γ -鉬酸鉍納米復合材料及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]環境污染的嚴重性，已成為一個直接威脅人類生存，亟需解決的焦點問題。光催化技術作為綠色化學的一個分支，該技術能使環境中的有機污染物發生氧化分解反應，最終降解為C02、水和無機離子等小分子物質，無二次污染、降解程度高，被認為是最有前景的污染處理方法。但傳統的T12光催化劑，帶隙寬，主要吸收紫外光，只能利用太陽光中的紫外光，對太陽光的利用率低。開發能利用可見光光催化的納米新材料作為高催化活性、能充分利用太陽光的光催化劑，是控制環境污染最具前景的方法之一。因此開發設計新型高效、穩定和可見光響應的半導體光催化劑是當前光催化研究的熱點。
[0003]納米γ -鉬酸鉍(Bi2MoO6)是近幾年興起的、受到廣泛關注度一種可見光半導體催化劑，它在可見光下具有良好的光催化活性，可用于降解環境有機污染物、光催化制氧和光催化還原二氧化碳等。但其主要缺點是鉍系半導體光催化劑均存在光生電子-空穴容易再結合，極大地限制了鉍系光催化劑的大規模應用。因此，必須采取一定的措施來提高光生電子迀移效率，有效限制電子空穴再結合。石墨烯是一種高效的電子受體材料，其與γ-鉬酸鉍(Bi2MoO6)半導體復合有利于提高光照下電子-空穴的分離效率，降低電子空穴再結合，從而提高復合材料的光催化活性，因此石墨烯-γ -鉬酸鉍納米復合材料具有比單純納米γ -鉬酸鉍更高的光催化效率。開發一種工藝簡單的石墨烯-γ -鉬酸鉍納米復合材料的制備方法具有重要意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料及其制備方法，該方法涉及的工藝設備簡單、反應條件溫和、能耗小，制備的石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料比表面積大，可見光光催化性能優異。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:一種石墨烯-Y-鉬酸鉍納米復合材料的制備方法，包括以下步驟:1)將石墨烯，硝酸鉍和乙二醇一起溶劑熱反應，再經過濾、洗滌、烘干得石墨烯-乙二醇鉍復合物;2)將所得復合物均勻分散在鉬酸鈉水溶液中，調節所得溶液體系的PH值為0-3，然后進行水熱反應，再經過濾、洗滌、烘干得石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料。
[0006]按上述方案，所述石墨烯為硝酸鉍質量的0.5-5%。
[0007]按上述方案，所述硝酸鉍在乙二醇中的濃度為10-100g/L。
[0008]按上述方案，所述溶劑熱反應條件為:加熱至160_180°C保溫反應2-24小時，然后自然冷卻至室溫。
[0009]按上述方案，所述鉬酸鈉與石墨烯-乙二醇鉍復合物的質量為(0.35-0.5):1。
[0010]按上述方案，所述鉬酸鈉水溶液的濃度為20-100g/L。
[0011]按上述方案，所述水熱反應條件為加熱至150-200°C保溫反應1-24小時。
[0012]按上述方案，步驟I)所述烘干溫度為80-100°C ;步驟2)所述烘干溫度為80-120°C。
[0013]上述所述制備方法制得的石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料，其為納米晶片狀，晶片厚度為10_40nm，比表面積為30-60m2/go
[0014]所述的石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料作為光催化材料的應用。
[0015]本發明的機理:由于石墨烯具有單層二維結構，高導電性，優良的電子迀移率和極高的比表面積等特性，使其可以構筑半導體-石墨烯異質結來增強可見光催化活性。負載的石墨烯有利于電子的轉移和存儲，與γ -鉬酸鉍材料復合后能有效轉移光生載流子，抑制光生電子-空穴對的復合，同時提供大的比表面積，改善的石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合催化劑的光催化活性，并且石墨烯邊界處的含氧功能團對有機物污染物有強吸附性，也能增強復合材料的光催化活性。
[0016]本發明的有益效果為:本發明以石墨烯、硝酸鉍、乙二醇、鉬酸鈉為主要原料，采用溶劑熱和水熱法制備石墨烯-γ -鉬酸鉍納米復合材料，得到的復合材料化學成分均一，石墨烯高度分散，由于石墨烯具有高的電子接受能力，γ-鉬酸鉍復合材料在光催化時，電子-空穴分離率高，光催化效果比復合相比顯著提高。同時本制備工藝設備簡單、反應條件溫和、能耗低。
【具體實施方式】
[0017]為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明不僅僅局限于下面的實施例。
[0018]以下實施例如無具體說明，采用的試劑市售化學試劑或工業產品。
[0019]實施例1
[0020]石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0021 ] I)將10g硝酸鉍溶于IL乙二醇中，然后加入0.5g石墨烯粉攪拌混合均勻，得到穩定懸濁液，將此溶液轉移到容積為2L的高壓釜中，加熱至160 °C并保溫24小時;待反應釜冷卻至室溫，過濾并用乙醇洗滌3次，然后在80 0C下干燥12小時，得石墨烯-乙二醇鉍粉體；
[0022]2)取25g鉬酸鈉溶于250ml去離子水中，再將I)中制備石墨烯-乙二醇粉末50g加入上述鉬酸鈉水溶液中，超聲波震蕩攪拌使其分散均勻，用濃硝酸和濃鹽酸調節溶液PH值至0-3之間，然后將所得混合液轉移至容積為500mL的高壓釜中，升溫至200°C保溫I小時，待反應釜冷卻至室溫，過濾后用去離子水和乙醇洗滌5次，再在WOtC下干燥4小時，得石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復合材料。
[0023]本實施例所得產物γ-鉬酸鉍納米晶片平均厚度為10nm，比表面積為60m2/g，在濃度1.0g/L時，可見光照射下能在30min內完全降解0.02g/L羅丹明。
[0024]實施例2
[0025]石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0026]I)將50g硝酸鉍溶于IL乙二醇中，然后加入2.5g石墨烯粉攪拌混合均勻，得到穩定懸濁液，將此溶液轉移到容積為2L的高壓釜中，加熱至180 °C并保溫2小時;待反應釜冷卻至室溫，過濾并用乙醇洗滌3次，然后在80 0C下干燥6小時，得石墨烯-乙二醇鉍粉體；
[0027]2)取4g鉬酸鈉溶于200ml去離子水中，再將I)中制備石墨烯-乙二醇鉍粉末1g加入上述鉬酸鈉水溶液中，超聲波震蕩攪拌使其分散均勻，用濃硝酸和濃鹽酸調節溶液PH值至0-3之間，然后將所得混合液轉移至容積為500mL的高壓釜中，升溫至150°C保溫24小時，待反應釜冷卻至室溫，過濾后用去離子水和乙醇洗滌2次，再在80°C下干燥12小時，得石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復合材料。
[0028]本實施例所得產物γ-鉬酸鉍納米晶片平均厚度為12nm，比表面積為55m2/g，在濃度1.0g/L時，可見光照射下能在30min內完全降解0.02g/L羅丹明。
[0029]實施例3
[0030]石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0031]I)將50g硝酸鉍溶于IL乙二醇中，然后加入2g石墨烯粉攪拌混合均勻，得到穩定懸濁液，將此溶液轉移到容積為2L的高壓釜中，加熱至170°C并保溫12小時;待反應釜冷卻至室溫，過濾并用乙醇洗滌3次，然后在100 0C下干燥4小時，得石墨烯-乙二醇鉍粉體；
[0032]2)取3.5g鉬酸鈉溶于10ml去離子水中，再將I)中制備石墨烯-乙二醇鉍粉末1g加入上述鉬酸鈉水溶液中，超聲波震蕩攪拌使其分散均勻，用濃硝酸和濃鹽酸調節溶液PH值至0-3之間，然后將所得混合液轉移至容積為200mL的高壓釜中，升溫至180°C保溫12小時，待反應釜冷卻至室溫，過濾后用去離子水和乙醇洗滌3次，再在100°C下干燥12小時，得石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復合材料。
[0033]本實施例所得產物γ-鉬酸鉍納米晶片平均厚度為20nm，比表面積為40m2/g，在濃度1.0g/L時，可見光照射下能在30min內完全降解0.02g/L羅丹明。
[0034]實施例4
[0035]石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0036]I)將1g硝酸鉍溶于IL乙二醇中，然后加入0.5g石墨烯粉攪拌混合均勻，得到穩定懸濁液，將此溶液轉移到容積為2L的高壓釜中，加熱至160°C并保溫24小時;待反應釜冷卻至室溫，過濾并用乙醇洗滌3次，然后在100 0C下干燥4小時，得石墨烯-乙二醇鉍粉體；
[0037]2)取2.5g鉬酸鈉溶于10ml去離子水中，再將I)中制備石墨烯-乙二醇鉍粉末5g加入上述鉬酸鈉水溶液中，超聲波震蕩攪拌使其分散均勻，用濃硝酸和濃鹽酸調節溶液PH值至0-3之間，然后將所得混合液轉移至容積為200mL的高壓釜中，升溫至200°C保溫24小時，待反應釜冷卻至室溫，過濾后用去離子水和乙醇洗滌3次，再在100°C下干燥12小時，得石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復合材料。
[0038]本實施例所得產物γ-鉬酸鉍納米晶片平均厚度為40nm，比表面積為30m2/g，在濃度1.0g/L時，可見光照射下能在60min內完全降解0.02g/L羅丹明。
[0039]本發明所列舉的各原料配比都能實現本發明，以及各原料的上下限取值、區間值都能實現本發明，本發明的工藝參數的上下限取值以及區間值都能實現本發明，在此不一一列舉實施例。
【主權項】
1.一種石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料的制備方法，包括以下步驟:1)將石墨烯，硝酸鉍和乙二醇一起溶劑熱反應，再經過濾、洗滌、烘干得石墨烯-乙二醇鉍復合物;2)將所得復合物均勻分散在鉬酸鈉水溶液中，調節所得溶液體系的pH值為0-3，然后進行水熱反應，再經過濾、洗滌、烘干得石墨烯-T -鉬酸鉍納米復合材料。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述石墨烯為硝酸鉍質量的0.5-5%。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硝酸鉍在乙二醇中的濃度為10-100g/Lo4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述溶劑熱反應條件為:加熱至160-180°C保溫反應2-24小時，然后自然冷卻至室溫。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鉬酸鈉與石墨烯-乙二醇鉍復合物的質量為(0.35-0.5):1。6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鉬酸鈉水溶液的濃度為20-100g/L07.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述水熱反應條件為加熱至150-200°(:保溫反應1_24小時。8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟I)所述烘干溫度為80-100°C;步驟2)所述烘干溫度為80-120°C。9.權利要求1?8任一項所述制備方法制得的石墨稀-γ-鉬酸祕納米復合材料，其為納米晶片狀，晶片厚度為10-40nm，比表面積為30-60m2/g。10.權利要求9所述的石墨烯-γ-鉬酸鉍納米復合材料作為光催化材料的應用。
【文檔編號】C02F1/30GK105879855SQ201610268468
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月27日
【發明人】郭雅妮, 鮑世軒
【申請人】武漢工程大學