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基于石墨烯纳米光催化复合材料的制备与性能研究

陈文权  
【摘要】:纳米材料被认为是“二十一世纪最有前途的材料”。石墨烯是一种由单层碳原子紧密排列成的二维蜂窝状晶格结构的纳米材料,由于它具有特殊的纳米结构以及优异的性能,基于石墨烯的复合材料已在电子学、光学、磁学、生物医学、催化等诸多领域显示出了巨大的应用潜能。光催化技术具有工艺简单,能耗低,操作条件容易控制和降解彻底的特点,被认为是具有良好发展前景的环保新技术。本论文以光催化剂/石墨烯纳米复合材料为研究对象,通过不同的复合工艺,制备了三种石墨烯纳米复合材料,并对其形成机理、物理化学性能特别是光催化性能进行了全面深入的研究,主要包含以下几个方面工作: (1)以天然鳞片石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨,并用热剥离成石墨烯,或者利用超声波分散剥离为氧化石墨烯,再化学还原成石墨烯。采用SEM、TEM、HRTEM、XRD和Raman系统考察石墨烯的形貌和结构等性能。 (2)以石墨烯为基体,钛酸四丁酯为钛源,首先采用溶胶-水热法制备了二氧化钛/石墨烯纳米复合材料。利用XRD、SEM、TEM和Raman对二氧化钛/石墨烯纳米复合材料的晶体结构、颗粒形貌和化学组成进行了表征,结果显示合成的二氧化钛纳米晶为锐钛矿结构,结晶状况良好,二氧化钛和石墨烯复合效果较好。研究了纳米晶体的光催化性能,结果表明二氧化钛/石墨烯催化性能较高。 (3)以氧化石墨烯为基体,醋酸锌为锌源,采用溶胶法制备了氧化锌/石墨烯纳米复合材料。利用XRD、SEM、TEM和Raman对纳米复合材料的晶体结构、颗粒形貌进行了表征。结果显示合成的氧化锌纳米晶为六边纤锌矿结构,且是单晶结构,氧化锌和石墨烯复合效果比较理想。并研究了其光催化性能,结果表明石墨烯/氧化锌有较高的催化效率,测定了复合材料的荧光效应,讨论了石墨烯/氧化锌催化效率提高的机理。 (4)以氧化石墨烯为基体,醋酸镉为镉源,硫脲为硫源,采用溶胶法制备了硫化镉/石墨烯纳米复合材料。利用XRD、SEM、TEM和Raman对纳米复合材料的晶体结构、颗粒形貌进行了表征。结果显示合成的硫化镉纳米晶为结构,硫化镉和石墨烯复合效果很好。并研究了其光催化性能,结果表明复合材料有较高的催化效率。


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