三维石墨烯/钨/钛合成光催化剂

石墨烯具有特殊的结构和优异的性能，用其作为催化剂载体可降低氧化钛中光生电子-空穴对的复合，有效提高氧化钛的光催化性能。但是由于氧化钛的禁带宽，仅能利用太阳光中的紫外光部分。

在复合体系中，石墨烯的主要作用是分散氧化钛纳米结构和传输光生电子，本身不具有光催化活性。因此，还需要进一步提高石墨烯/氧化钛复合体对可见光的利用率和光催化活性。纳米氧化钨具有较大的比表面积、窄的禁带宽度，能吸收太阳光产生光生电子和空穴对，在可见光下对有机物具有一定的光催化降解能力。将钨基纳米片与石墨烯复合，不仅可赋予石墨烯一定的光催化活性，而且能促进石墨烯的分散，阻止石墨烯发生卷曲，提高其增强效果。

有研究人员尝试将三者融合，提出了三维石墨烯/钨基纳米片/二氧化钛层层组装结构的制备方法，具体步骤为：

（1）将1~10 g硫化钨或氧化钨粉末和0.1~1 g十六烷基三甲基溴化铵加入到500~ 1000 mL去离子水中，超声分散20~40 min后再搅拌20~40 min，获得硫化钨或氧化钨分散 液；

（2）在超声振荡下，用转速为1000~8000 r/min的高速机械剪切机对上述步骤(1) 硫化钨或氧化钨分散液进行剪切1~3 h，用转速为4000~8000 r/min的离心机离心后再搅拌 超声分散1~3 h，获得钨基纳米片溶液；

（3）将5~15 mL浓度为0.8~1.2 g/L的石墨烯溶液加入到30~70 mL去离子水中超声分散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钠加入到上述(3)获得的石墨烯分散液中， 超声分散20 ~40 min，得石墨烯分散液；

（5）在搅拌和超声振荡下，将1~5 mL上述步骤(2)获得的钨基纳米片溶液缓慢加入到步骤(4)获得的石墨烯分散液中，得到石墨烯/钨基纳米片复合体分散溶液；

（6）取2.2~5.5 g二氧化钛缓慢地加入到步骤(5)获得石墨烯/钨基纳米片复合体分散溶液中，搅拌超声分散15 ~30 min后将其转移到温度为60~90℃的恒温水浴锅中；

（7）待温度稳定后，在不断搅拌的情况下缓慢滴入50~100 mL 浓度为1~2 mol/L的草酸水溶液，并使其形成胶体，然后将胶体放在70~90℃干燥箱中烘干，取出碾磨，得到三维石墨烯/钨基纳米片/氧化钛前躯体粉末；

（8）在氮气保护下，把上述步骤(7)获得的三维石墨烯/钨基纳米片/氧化钛前躯体粉末放在箱式炉中煅烧1~3 h，煅烧温度为400~600℃，待其自然冷却后研磨，得到三维石墨烯/钨基纳米片/氧化钛层层组装结构样品。

本工艺的优势是利用机械剪切法制备均匀分散的钨基纳米片水溶液，及在水溶液中获得三维石墨烯/钨基纳米片/氧化钛层层组装结构，制备工艺简单，易于规模化生产；同时，三维石墨烯/钨基纳米片结构具有很好协同效应，比单一材料更有利于光生电子和空穴对的分离，从而获得具有高活性可见光催化材料。该材料可应用于污水处理、光降解水、空气净化和太阳能电池等领域。

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