剝離重組法制備石墨烯二氧化鈦復(fù)合物-在線瀏覽
2025-08-10 18:25本頁(yè)面
【正文】 在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下用紫外光照射懸浮液， 得到TiO2/GE 復(fù)合材料。張曉艷等先利用還原氧化石墨制備石墨烯，然后在此基礎(chǔ)上采用溶膠/凝膠法制備出了TiO2/石墨烯復(fù)合材料， 并研究了該材料的光催化分解水產(chǎn)氫活性。張瓊等采用氧化石墨和硫酸鈦?zhàn)鳛槌跏挤磻?yīng)物，在低溫下(＜100 ℃)制備得到了納米級(jí)的氧化鈦氧化石墨烯插層復(fù)合材料。min1min1 石墨烯復(fù)合物的制備方法 機(jī)械剝離法 機(jī)械剝離法( Mechanical cleavage) 是最早用于制備石墨烯的方法，主要通過(guò)機(jī)械力從新鮮石墨晶體的表面剝離出石墨烯片層。Novoselov 等將此方法運(yùn)用至極限。所制備的石墨烯在外界環(huán)境下能穩(wěn)定存在，具有良好的晶體質(zhì)量和宏觀尺寸。該方法操作簡(jiǎn)單，無(wú)需太多繁瑣的實(shí)驗(yàn)步驟，但所制備的石墨烯薄片尺寸不易控制、產(chǎn)率較低，而且難以規(guī)模化制備單層石墨烯。這種研磨的方式有效的避免了撞擊對(duì)石墨晶格造成的破壞，而幾乎只提供剪切力對(duì)石墨晶體進(jìn)行剝離。 攪拌球磨是一種可以大量研細(xì)粉體的機(jī)械磨，它以一根軸帶動(dòng)與軸垂直的許多橫桿在固定的圓柱狀腔體內(nèi)攪動(dòng)，這些橫桿在攪動(dòng)中帶動(dòng)腔體內(nèi)的磨球相互碰撞和摩擦，從而對(duì)粉體進(jìn)行研磨。 行星球磨因其能提供相對(duì)較高的能量而廣泛應(yīng)用。球磨罐的自轉(zhuǎn)使得磨球貼著內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)，而公轉(zhuǎn)又使得向心力的方向和大小發(fā)生改變，這一方面會(huì)導(dǎo)致球與球之間的摩擦，另一方面，當(dāng)向心力不足以使球靠在內(nèi)壁上運(yùn)動(dòng)時(shí)，磨球會(huì)沿著類似拋物線的軌跡離開(kāi)內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)直到又撞擊在球罐內(nèi)壁上對(duì)粉體造成沖擊力。根據(jù)氧化劑的不同，常用的方法主要有Brodie 法、Staudenmaier 法和Hummers 法。此后，Staudenmaier 提出另一種氧化方法，Aksay 小組對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)。一般步驟為: 將石墨粉和無(wú)水NaNO3加入置于冰浴內(nèi)的濃H2SO4中，以KMnO4為氧化劑進(jìn)行氧化處理，用30% H2O2還原剩余的氧化劑。在此基礎(chǔ)之上，研究者對(duì)Hummers 法不斷改進(jìn)，以便制備具有特殊性能的石墨烯產(chǎn)物。本體石墨經(jīng)過(guò)氧化剝離過(guò)程形成氧化石墨烯后，利用化學(xué)還原或者其他方法還原氧化石墨烯可得到石墨烯產(chǎn)物。在80 ～ 100 ℃和快速攪拌條件下，加入化學(xué)還原劑反應(yīng)24 h，最終得到石墨烯產(chǎn)物。另一類方法需要的熱處理?xiàng)l件更為苛刻( 高溫1050 ℃，高真空或者惰性氣體保護(hù)) 。與傳統(tǒng)化學(xué)還原法長(zhǎng)達(dá)12 ～ 24 h 的反應(yīng)時(shí)間相比，微波水熱法只需5 ～ 15 min，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間。Cota 等利用在N2氣氛下氙燈的快速閃光光熱還原法，在無(wú)其它化學(xué)還原劑存在條件下，直接將石墨氧化物還原制得石墨烯。石墨烯的制備逐步向綠色、環(huán)保方向發(fā)展。 SiC 分解法 Heer小組利用6HSiC 的熱分解作用來(lái)制備石墨烯片層，為石墨烯的制備引入一種新的方法。通過(guò)對(duì)不同反應(yīng)階段產(chǎn)物的低能電子衍射( LEED) 和掃描隧道顯微鏡( STM) 分析證實(shí)石墨烯是沿著SiC下方取向附生。導(dǎo)磁性測(cè)量顯示所制備的石墨烯產(chǎn)物具有二維電子氣屬性( 2D Electron gas properties) ，包括各向異性、高流動(dòng)性及二維局域性。由于SiC 的熱分解不僅能形成石墨烯，還是制備CNT的一種常用方法。在1400～1500 ℃時(shí)，主要在SiC 基底形成石墨烯產(chǎn)物。 但當(dāng)反應(yīng)溫度超過(guò)1600 ～1900 ℃時(shí)，主要在SiC 基底形成CNTs。 化學(xué)氣相沉積法 作為制備半導(dǎo)體薄膜材料的經(jīng)典方法，化學(xué)氣相沉積法( CCVD) 也被應(yīng)用于石墨烯的制備。CVD 法制備石墨烯時(shí)一般過(guò)程為: 先在基底表面形成一層過(guò)渡金屬薄膜，以此金屬膜為催化劑，以CH4為碳源，經(jīng)氣相解離后在過(guò)渡金屬膜表面形成石墨烯片層，最后通過(guò)酸液腐蝕金屬膜得到石墨烯。由于傳統(tǒng)的CVD 法需要用到金屬作為催化劑與生長(zhǎng)附著物，因此在最后的產(chǎn)物中通常會(huì)殘存金屬元素。如以H2和CH4為載氣，在等離子體作用下可直接進(jìn)行進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，得到厚度均勻的單層、雙層或三層石墨烯產(chǎn)物。Li 等以純石墨棒為碳源，利用直流電弧放電法 可直接制備得到純石墨烯及氮摻雜石墨烯復(fù)合物。本發(fā)明方法所得的石墨烯基二氧化鈦復(fù)合光催化劑，通過(guò)檢測(cè)證明其具有較高的光催化活性。一種電子束輻照制備石墨烯基二氧化鈦復(fù)合光催化劑的方法，其特征在于具有以下的制備過(guò)程和步驟：將一定量的過(guò)硫酸鉀（Ｋ2Ｓ2Ｏ8）和五氧化二磷（Ｐ2Ｏ5）溶解于濃硫酸中，加熱到８０℃后加入一定量的天然石墨，在８０℃下保溫４．５小時(shí)后冷卻至室溫；然后用去離子水稀釋，放置過(guò)夜；然后進(jìn)行過(guò)濾、洗滌，所得濾渣放于真空干燥箱中于６０℃下干燥；將干燥后的濾渣溶解于濃硫酸中，在冰浴條件下緩慢加入高錳酸鉀（ＫＭｎＯ4），在３５℃下恒溫?cái)嚢瑁残r(shí)；然后用去離子水稀釋，并緩慢加入３０％的雙氧水（Ｈ2Ｏ2）；然后過(guò)濾、洗滌，將洗滌后的產(chǎn)物在６０℃下真空干燥，得到氧化石墨烯固體；將上述所得的氧化石墨烯固體在N2保護(hù)下于500℃煅燒２小時(shí)，即得到還原后的石墨烯粉末；稱取一定量的四氟化鈦（ＴｉＦ4）溶解于去離子水中，然后加入一定量的石墨烯粉末，超聲分散１小時(shí)，使其充分混合均勻；得到懸浮液；石墨烯與ＴｉＦ４的質(zhì)量比為１∶８～４０；將上述懸浮液放置于電子束發(fā)生裝置中，使其經(jīng)受一定劑量的電子束輻照，輻照劑量為７０～２８０ＫＧｙ；將輻照后的懸浮液轉(zhuǎn)移至容器中，并用封口膜封口后放入６０℃的烘箱中，反應(yīng)２０小時(shí)；然后將得到的產(chǎn)物分別用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌幾次；然后將產(chǎn)物在６０℃下真空干燥８小時(shí)；最終得到石墨烯基二氧化鈦復(fù)合光催化劑。2004年，曼徹斯特大學(xué)Geim 等即采用機(jī)械法從高定向熱解石墨(HOPG)上剝離出單層石墨烯。后來(lái)機(jī)械法簡(jiǎn)化為直接用膠帶從HOPG 上揭下一層石墨，然后在膠帶之間反復(fù)粘貼，石墨片層會(huì)越來(lái)越薄( 其中包含單層石墨烯) ，再將膠帶貼在襯底上，單層石墨烯就轉(zhuǎn)移到襯底上
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