磷酸鹽-石墨烯復(fù)合光催化材料的合成與性能.pdf

1、石墨烯及其衍生物材料以其優(yōu)越的電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，及其較大的理論比表面積和獨特的二維結(jié)構(gòu)，受到了各領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。近年來，人們發(fā)現(xiàn)將光催化劑與石墨烯復(fù)合制成光催化復(fù)合材料，能極大地改進(jìn)材料的光催化性能。
　　本文在介紹石墨烯基無機納米復(fù)合材料，尤其是光催化復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀、合成方法、應(yīng)用和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地研究了石墨烯與多種磷酸鹽的納米復(fù)合材料的合成方法、形成機理和尺寸形貌控制，重點研究了所合成材料的可見光光催化性質(zhì)，探

2、討了光催化性能增強的機理。具體如下:
　　1.我們通過兩相自組裝法首次將石墨烯與BiPO4納米粒子復(fù)合在一起，制備了GO-BiPO4納米復(fù)合材料。利用X-射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、拉曼光譜（Raman）、紫外-可見(Uv-vis)光譜等對所得產(chǎn)物進(jìn)行了表征。我們發(fā)現(xiàn)在模擬太陽光照射下，GO-BiPO4納米復(fù)合材料光催化降解亞甲基藍(lán)(MB)的性能明顯高于單獨BiPO4納米粒子。一方

3、面是因為:p型GO與n型BiPO4[50]結(jié)合，形成p/n異質(zhì)結(jié)，這種結(jié)構(gòu)能有效分離電荷，并且延長電荷載體的壽命。同時，GO作為敏化劑，能增強納米復(fù)合材料對可見光的吸收。另一方面，由于在反應(yīng)體系中加入了H2O2，而H2O2作為有效的電子捕獲劑能捕獲電子產(chǎn)生·OH，直接破壞MB分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，從而增強了光催化活性。
　　2.通過簡單的水熱法合成了石墨烯與堿式磷酸鐵的復(fù)合材料，所得產(chǎn)物用XRD、SEM、FTIR和Uv-vis光譜等進(jìn)行

4、了表征。結(jié)果表明在一定條件下，單獨合成的堿式磷酸鐵為球形和花狀兩種形貌，而在石墨烯復(fù)合物中堿式磷酸鐵則為單一的球形。而且我們發(fā)現(xiàn)，在模擬太陽光照射下，石墨烯與堿式磷酸鐵的復(fù)合物光催化降解亞甲基藍(lán)的性能明顯高于單獨的堿式磷酸鐵。
　　3.我們采用自組裝法成功合成了氧化石墨烯(GO)與磷酸鐵的納米復(fù)合材料(GO-FePO4)，并且利用XRD、TEM、FTIR、Uv-vis光譜等對所得復(fù)合物進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示，在模擬太陽光照射下，GO

5、與磷酸鐵納米粒子的復(fù)合物光催化降解亞甲基藍(lán)的性能明顯高于單獨磷酸鐵。說明在FePO4催化體系中引入石墨烯能極大的提高FePO4的光催化活性，尤其是在加H2O2的條件下。此外，GO的含量對復(fù)合材料的光催化活性也有很大影響，因為過量GO可能會阻礙FePO4對光的吸收，減弱電子的轉(zhuǎn)移，從而降低光催化活性。
　　4.我們以GO、Pr(NO3)3·6H2O和Na2HPO4·12H2O為原料，通過一步水熱法在石墨烯片上原位合成了磷酸錯納米棒，

6、獲得了RGO-PrPO4納米復(fù)合物。利用XRD、TEM、FTIR、熒光光譜(PL)、Raman光譜、Uv-vis光譜、瞬態(tài)光電流測試等對所得復(fù)合物進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示PrPO4納米棒均勻的分散在石墨烯片上，并且我們首次發(fā)現(xiàn)稀土磷酸鹽在模擬太陽光照射下具有光催化活性，而且石墨烯與PrPO4納米棒的復(fù)合物比單獨的PrPO4顯示出更高的催化降解亞甲基藍(lán)的性能，主要原因是:RGO具有優(yōu)異的電子傳導(dǎo)性，能對電荷進(jìn)行有效分離。PrPO4價帶上的空穴

7、能直接將MB分子氧化，此外，H2O2作為電子捕獲劑，能捕獲電子從而產(chǎn)生·OH自由基，而·OH自由基具有很強的氧化能力，能將MB分子直接氧化。
　　5.我們采用簡單的水熱法合成了磷酸鑭納米棒與石墨烯相結(jié)合的復(fù)合材料，利用XRD、TEM、FTIR、PL等對所得產(chǎn)物進(jìn)行了表征，從表征結(jié)果中我們發(fā)現(xiàn)磷酸鑭納米棒很好的負(fù)載在石墨烯片上，幾乎沒有游離的磷酸鑭納米棒。并且，我們還對單獨磷酸鑭納米棒及石墨烯與磷酸鑭復(fù)合物的熒光性質(zhì)進(jìn)行了研究，實驗