石墨烯-二氧化钛复合材料的光催化和性能表征.ppt

石墨烯 二氧化钛复合材料 光催化的性能表证 刘尚鹏0708024201 光催化 一 什么是光催化 光催化是一种在光的照射下自身不起变化 却可以促进化学反应的物质 就像植物的光合作用中的叶绿素 光催化在太阳光或室内荧光灯的照射下能发挥分解甲醛 苯等有机污染物 抗菌 防霉 净化空气等功能 具有强大的空气净化作用 经美国FDA认证 光催化中主要原料二氧化钛可以作为食品添加剂 使用非常安全 光催化氧化分解能力比碳纤维 臭氧更强 其空气净化等作用强大 由于只是提供了反应的场所 而本身不参与化学反应 因此其作用效果非常持久 没有二次污染 二 常用的光催化剂 二氧化钛 1 二氧化钛 化学式为TiO2 俗称钛白粉 多用于光触媒 化妆品 能靠紫外线消毒及杀菌 现正广泛开发 将来有机会成为新工业 二氧化钛可由金红石用酸分解提取 或由四氯化钛分解得到 二氧化钛性质稳定 大量用作油漆中的白色颜料 它具有良好的遮盖能力 和铅白相似 但不像铅白会变黑 它又具有锌白一样的持久性 二氧化钛还用作搪瓷的消光剂 可以产生一种很光亮的 硬而耐酸的搪瓷釉罩面 二氧化钛的优缺点 1 二氧化钛的优点 A 在二氧化钛掺杂氮 或者过渡金属能够减小二氧化钛的光学带隙 但是单独掺杂会使得光激发的电荷局域化并阻碍电化学反应的继续进行 B 二氧化钛是用来生产燃料电池中所需氢气的一种常用的光催化剂 它是一种光活性材料 在环境和能源领域中充当重要的角色 它不仅能够利用太阳能把水分解成氢气和氧气 从水中制氢 可作为清洁燃料 而且可以用于有机污染物的降解 具有高效率和潜在的广泛应用性 成为能从环境中降解并除去有毒化学污染物的最有效途径之一 2 二氧化钛的缺点 A 由于二氧化钛的带隙为3 2eV只能吸收太阳光谱中的紫外部分 而这部分只占太阳光能量的5 左右 所以不能充分的利用太阳能 三 目前常用的二氧化钛光催化复合材料 二氧化钛 石墨 二氧化钛 碳纳米管 二氧化钛 富勒烯 1 石墨烯就是单层的石墨片层 如图所示 石墨烯是呈二维结构的 但实际上并不是平坦的 而是波状的 在一个两层体系中 这种起伏不是很明显 在多层体系中会完全消失 石墨烯中每一个碳原子与周围的三个碳原子之间以特殊的单键相连 剩余的一个电子可以自由移动 因此石墨烯是可以导电的 从某种程度上理解 可以认为 整个石墨烯片层形成一个大 键 2 碳纳米管的主体管部分可以看作是由一部分石墨烯片层卷曲而成 两端各由半个富勒烯封口 3 富勒烯是由石墨烯上的一部分弯曲成足球状得到的 它是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键 C C 的足球状空心对称分子 分子剩余的电子在球状分子中形成大 键 因此富勒烯有芳香性 由上图可以看出富勒烯分子笼状结构具有向外开放的面 而内部却是空的 这就有可能将其他物质引入到该球体内部 这样可以显著地改变富勒烯分子的物理和化学性质 单层石墨烯及其派生示意图 4 石墨烯 富勒烯 碳纳米管以及石墨都是碳的同素异形体 5 有以上石墨烯与碳纳米管 富勒烯 石墨的联系和区别可以设想把二氧化钛和石墨烯复合做光催化材料 1 用二氧化钛和石墨烯复合做光催化材料可以使得由于二氧化钛的带隙为3 2eV只能吸收太阳光谱中的紫外部分 而这部分只占太阳光能量的5 左右 所以不能充分的利用太阳能 2 单层石墨烯薄片可以吸收2 3 的可见光 3 用二氧化钛和石墨烯复合做光催化材料可以弥补二氧化钛作光催化剂只用紫外光的缺点 使得在可见光下就可以进行光催化 四 怎样实现二氧化钛和石墨烯复合做光催化材料 水溶凝胶法 水溶发 例 浓硫酸 高锰酸钾为氧化剂 将石墨粉氧化成氧化石墨 采用超声剥离的方法将氧化石墨剥离成氧化石墨烯 把氧化石墨烯与钛源混合 通过液相反应制备出氧化石墨烯 二氧化钛复合材料 然后采用液相还原将氧化石墨烯 二氧化钛复合材料还原为石墨烯 二氧化钛复合材