石墨烯修饰的tio2光催化剂性能研究

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1、石墨烯修饰的TiO2光催化剂性能研究唐波周鹏飞吴东伟常州大学石油工程学院石墨烯修饰的二氧化钛复合光催化剂已经引起科学界的广泛关注，如何提高其光催化性能更是成为•一个研宄热点。为了充分发挥石墨烯的作用，提高光催化剂性能，本研究同时采用氧化还原法制备的石墨烯纳米片和化学气相沉积法制备的三维网状石墨烯对二氧化钛进行改性。通过优化石墨烯纳米片表而官能团含量以及2种石墨烯的含量，提升复合光催化剂的活性。在紫外光照射条件下，其分解甲基橙的速率常数达到1.3X102min'釆用红外光谱，X射线光电子能谱和电子顺磁共振谱等手段对样品进行表征，证明石墨烯和二氧化钦之

2、间存在协同作用。另外，该复合光催化剂具有良好的稳定性和长使用寿命。关键词：光催化剂;TiO2;石墨焼;表面官能团;唐波（1983一），男，江丙南昌人，，讲师，主要从事石墨烯基复合能源材料研究。E-rnail:tangbo@cczu.edu.cn收稿曰期:2017-06-21基金：W家自然科学基金资助项目（51506012）PhotocatalyticPerformanceofGrapheneModifiedTi02TANGBoZHOUPengfeiWUDongweiSchoolofPetroleumEngineering，ChangzhouUniv

3、ersity;Abstract：GraphenemodifiedTiO2compositephotocatalystshavedrawnincreasingattention,andhowtoimprovetheresultingphotocatalyticperformancebecomesahotissue.Inordertoachievethefullpotentialofthemodifier,thereducedgrapheneoxide（RGO）andthree-dimensionalgraphenenetwork（3DGN,prepa

4、redbychemicalvapordepositionmethod）areadoptedtomodifyTi02.AfteroptimizingtheresidualamountofsurfacefunctionalgroupoftheRGOandmassfractionsoftheRGOand3DGN,thedecompositionrateconstantofmethylorangereaches1.3X102min1underUV-lightirradiation.AsynergybetweenthegrapheneandTi02ispro

5、vedbyusingIR,XPSandEPRspectra.Moreover,thecompositephotocatalystdisplaysawellstabilityandlonglifetime.Keyword：photocatalyst;Ti02;graphene;surfacefunctionalgroups;Received：2017~06~21石墨烯修饰的Ti02复合光催化剂具有良好的光催化活性，已经逐渐成为光催化领域的一个研宂热点［1-3］。在紫外光照射条件下，石墨烯良好的电学性能可以抑制TiO2中光生电子-空穴对的重新复合，延长

6、光生电子寿命:而在可见光照射下，石墨烯充当光敏化剂（零带隙电子结构），赋予复合光催化剂良好的可见光活性［3-5］。另外，石墨烯的大比表面积有助于提高光催化剂对污染物的吸附能力。Zhang等M报道了石墨烯_TiO2复合光催化剂在紫外光照射条件K降解罗丹明的速率比纯Ti02大幅提高。Chen等Hl报道了石墨烯_TiO2复合光催化剂具有良好的可见光活性。本课题组进一步对石墨烯_TiO2复合光催化剂的催化机理进行了研究，发现目前普遍采用的石墨烯纳米片（RGO，化学氧化还原法制备）的不连续结构及高缺陷密度是石墨烯_1^02复合光催化剂性能进一步提高的主要阻碍

7、［8-10］。为了解决上述问题，课题组采用化学气相沉积法制备的高质量且结构连续的三维网状石墨烯（3DGN）替代RG0修饰TiO2,产物的光催化性能得到了进一步提高［11L但是由于完美的3DGN中碳原子都是以sp2轨道杂化的，无论是与TiO2的结合还是对污染物的吸附都难以形成稳定的化学键。进-步研究发现3DGN的表面缺陷可以成为污染物的化学活性吸附位，并且同时实现光生电子在石墨烯基础面和Ti02之间的输运。但是，实现3DGN表面缺陷密度的调控需要对衬底的降温速率以及碳前驱气体流量进行繁琐的控制，不适合大规模生产［12］。另一方面，RGO可以通过表面官

8、能团实现与门02及污染物的化学结合，并且RGO表面官能闭的总量可以方便地通过调节还原时间来控制。如果能同时利用3DGN和R