三維石墨烯/鎢/鈦合成光催化劑

石墨烯具有特殊的結構和優異的性能，用其作為催化劑載體可降低氧化鈦中光生電子-空穴對的複合，有效提高氧化鈦的光催化性能。但是由於氧化鈦的禁頻寬，僅能利用太陽光中的紫外光部分。

在複合體系中，石墨烯的主要作用是分散氧化鈦納米結構和傳輸光生電子，本身不具有光催化活性。因此，還需要進一步提高石墨烯/氧化鈦複合體對可見光的利用率和光催化活性。納米氧化鎢具有較大的比表面積、窄的禁帶寬度，能吸收太陽光產生光生電子和空穴對，在可見光下對有機物具有一定的光催化降解能力。將鎢基納米片與石墨烯複合，不僅可賦予石墨烯一定的光催化活性，而且能促進石墨烯的分散，阻止石墨烯發生捲曲，提高其增強效果。

有研究人員嘗試將三者融合，提出了三維石墨烯/鎢基納米片/二氧化鈦層層組裝結構的製備方法，具體步驟為：

（1）將1~10 g硫化鎢或氧化鎢粉末和0.1~1 g十六烷基三甲基溴化銨加入到500~ 1000 mL去離子水中，超聲分散20~40 min後再攪拌20~40 min，獲得硫化鎢或氧化鎢分散 液；

（2）在超聲振盪下，用轉速為1000~8000 r/min的高速機械剪切機對上述步驟(1) 硫化鎢或氧化鎢分散液進行剪切1~3 h，用轉速為4000~8000 r/min的離心機離心後再攪拌 超聲分散1~3 h，獲得鎢基納米片溶液；

（3）將5~15 mL濃度為0.8~1.2 g/L的石墨烯溶液加入到30~70 mL去離子水中超聲分散20 ~40 min，得石墨烯分散液；

（4）取0.1~0.3 g聚丙烯酸或聚丙烯酸鈉加入到上述(3)獲得的石墨烯分散液中， 超聲分散20 ~40 min，得石墨烯分散液；

（5）在攪拌和超聲振盪下，將1~5 mL上述步驟(2)獲得的鎢基納米片溶液緩慢加入到步驟(4)獲得的石墨烯分散液中，得到石墨烯/鎢基納米片複合體分散溶液；

（6）取2.2~5.5 g二氧化鈦緩慢地加入到步驟(5)獲得石墨烯/鎢基納米片複合體分散溶液中，攪拌超聲分散15 ~30 min後將其轉移到溫度為60~90℃的恒溫水浴鍋中；

（7）待溫度穩定後，在不斷攪拌的情況下緩慢滴入50~100 mL 濃度為1~2 mol/L的草酸水溶液，並使其形成膠體，然後將膠體放在70~90℃乾燥箱中烘乾，取出碾磨，得到三維石墨烯/鎢基納米片/氧化鈦前軀體粉末；

（8）在氮氣保護下，把上述步驟(7)獲得的三維石墨烯/鎢基納米片/氧化鈦前軀體粉末放在箱式爐中煆燒1~3 h，煆燒溫度為400~600℃，待其自然冷卻後研磨，得到三維石墨烯/鎢基納米片/氧化鈦層層組裝結構樣品。

本工藝的優勢是利用機械剪切法製備均勻分散的鎢基納米片水溶液，及在水溶液中獲得三維石墨烯/鎢基納米片/氧化鈦層層組裝結構，製備工藝簡單，易於規模化生產；同時，三維石墨烯/鎢基納米片結構具有很好協同效應，比單一材料更有利於光生電子和空穴對的分離，從而獲得具有高活性可見光催化材料。該材料可應用於汙水處理、光降解水、空氣淨化和太陽能電池等領域。

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