磷酸鹽-石墨烯復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、光學和熱學性質(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合制成光催化復合材料，能極大地改進材料的光催化性能。
　　本文在介紹石墨烯基無機納米復合材料，尤其是光催化復合材料的研究現(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納米粒子復合在一起，制備了GO-BiPO4納米復合材料。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)物進行了表征。我們發(fā)現(xiàn)在模擬太陽光照射下，GO-BiPO4納米復合材料光催化降解亞甲基藍(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合材料，所得產(chǎn)物用XRD、SEM、FTIR和Uv-vis光譜等進行

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合物光催化降解亞甲基藍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)與磷酸鐵的納米復合材料(GO-FePO4)，并且利用XRD、TEM、FTIR、Uv-vis光譜等對所得復合物進行了表征。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合物光催化降解亞甲基藍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合物進行了表征。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納米棒的復合物比單獨的PrPO4顯示出更高的催化降解亞甲基藍的性能，主要原因是:RGO具有優(yōu)異的電子傳導性，能對電荷進行有效分離。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)合的復合材料，利用XRD、TEM、FTIR、PL等對所得產(chǎn)物進行了表征，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合物的熒光性質(zhì)進行了研究，實驗