部分还原氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的水热合成及其光催化活性

doi:10.3866/PKU.WHXB201303263

物理化学学报 >> 2013, Vol. 29 >> Issue (06): 1344-1350.doi: 10.3866/PKU.WHXB201303263

部分还原氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的水热合成及其光催化活性

龙梅, 丛野, 李轩科, 崔正威, 董志军, 袁观明

武汉科技大学化学工程与技术学院, 湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室, 武汉 430081

收稿日期:2013-01-09 修回日期:2013-03-25 发布日期:2013-05-17
通讯作者: 丛野, 李轩科 E-mail:congye626@126.com; xkli8524@sina.com
基金资助:
国家自然科学基金(20803054, 50972110)资助项目

Hydrothermal Synthesis and Photocatalytic Activity of Partially Reduced Graphene Oxide/TiO₂ Composite

LONG Mei, CONG Ye, LI Xuan-Ke, CUI Zheng-Wei, DONG Zhi-Jun, YUAN Guan-Ming

Hubei Province Key Laboratory of Coal Conversion and New Carbon Materials, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430081, P. R. China

Received:2013-01-09 Revised:2013-03-25 Published:2013-05-17
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (20803054, 50972110).

摘要/Abstract

摘要：

采用水热法以Hummers氧化法制备的氧化石墨和钛酸四丁酯为原料制备了部分还原的氧化石墨烯/二氧化钛(RGO/TiO₂)复合光催化剂, 并研究了该复合材料在可见光以及紫外光下对亚甲基蓝的光催化降解活性.结果表明, 通过改变反应温度和氧化石墨加入量可以调控TiO₂的晶相组成及其在复合材料中的分散性; 在水热反应过程中氧化石墨烯发生了部分还原; 所制备的RGO/TiO₂复合材料的可见光和紫外光催化活性均高于纯TiO₂; 部分还原的氧化石墨烯在复合材料中担当载体和电子受体, 同时可以使TiO₂的初始吸收边向可见光区域红移, 增强了TiO₂在可见光区域的吸收, 能有效提高对目标污染物的吸附性和光催化降解活性.

关键词: 水热, 部分还原氧化石墨烯, 二氧化钛, 光催化, 载体

Abstract:

Partially reduced graphene oxide/titanium dioxide (RGO/TiO₂) composite was synthesized using tetrabutyl titanate and graphite oxide by a hydrothermal method. Photocatalytic activity of the material was evaluated by the degradation of methylene blue solution under visible light and UV light. The results suggest that the crystal phase and dispersion of titanium oxide in the composite can be controlled by varying the reaction temperature and amount of graphite oxide. Graphene oxide was partially reduced in the hydrothermal reaction process. Photocatalytic activities of partially reduced graphene oxide/titanium dioxide composites under both visible and UV light irradiation were higher than those of pure TiO₂. Partially reduced graphene oxide may act as a support and electron acceptor, and can also extend and enhance the band edge absorption of TiO₂ into the visible light region, hence effectively enhancing the adsorbability and photocatalytic activity of TiO₂.

Key words: Hydrothermal, Partially reduced graphene oxide, Titanium dioxide, Photocatalysis, Support

龙梅, 丛野, 李轩科, 崔正威, 董志军, 袁观明. 部分还原氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的水热合成及其光催化活性[J]. 物理化学学报, 2013, 29(06), 1344-1350. doi: 10.3866/PKU.WHXB201303263

LONG Mei, CONG Ye, LI Xuan-Ke, CUI Zheng-Wei, DONG Zhi-Jun, YUAN Guan-Ming. Hydrothermal Synthesis and Photocatalytic Activity of Partially Reduced Graphene Oxide/TiO₂ Composite[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29(06), 1344-1350. doi: 10.3866/PKU.WHXB201303263

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201303263

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2013/V29/I06/1344

参考文献

(1) Geim, A. K. Science 2009, 324, 1530. doi: 10.1126/science.1158877
(2) Allen, M. J.; Tung, V. C.; Kaner, R. B. Chem. Rev. 2010, 110,132. doi: 10.1021/cr900070d
(3) Zhang, H. B.; Zheng,W. G.; Yan, Q.; Yang, Y.;Wang, J.W.; Lu,Z. H.; Ji, G. Y.; Yu, Z. Z. Polymer 2010, 51, 1191. doi: 10.1016/j.polymer.2010.01.027
(4) Wan, C.; Peng, T. J.; Sun, H. J.; Huang, Q. Chin. J. Inorg. Chem. 2012, 28 (5), 915. [万臣, 彭同江, 孙红娟, 黄桥.无机化学学报, 2012, 28 (5), 915.]
(5) Chen, D.; Feng, H. B.; Li, J. H. Chem. Rev. 2012, 112, 6027.doi: 10.1021/cr300115g
(6) Zhang, X. Y.; Sun, M. X.; Sun, Y. J.; Li, J.; Song, P.; Sun, T.;Cui, X. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2831. [张晓艳,孙明轩, 孙钰珺, 李靖, 宋鹏, 孙通, 崔晓莉. 物理化学学报, 2011, 27, 2831.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20112831
(7) Zhang, X.; Yang, R.;Wang, C.; Heng, C. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 1520. [张晓, 杨蓉, 王琛, 衡成林. 物理化学学报, 2012, 28, 1520.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201203131
(8) Xu, Z. X.; Du, Y. J.; Jiao, Y. P.; Feng,W. Journal of Anhui University (Natural Science Edition) 2012, 36 (5), 73.[许志献, 杜燕军, 焦延鹏, 冯伟. 安徽大学学报(自然科学版), 2012, 36( 5), 73.]
(9) Fan,W. Q.; Lai, Q. H.; Zhang, Q. H.;Wang, Y. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 10694. doi: 10.1021/jp2008804
(10) Cong, Y.; Zhang, J. L.; Chen, F.; Anpo, M. J. Phys. Chem. C2007, 111, 6976. doi: 10.1021/jp0685030
(11) Zhang, X.; Liu, Q. Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 4780.doi: 10.1016/j.apsusc.2008.01.094
(12) Xing, M. Y.; Fang,W. Z.; Nasir, M.; Ma, Y. F.; Zhang, J. L.;Anpo, M. Journal of Catalysis 2013, 297, 236. doi: 10.1016/j.jcat.2012.10.014
(13) Zhang, X. Y.; Li, H. P.; Cui, X. L. Chin. J. Inorg. Chem. 2009,25, 1903. [张晓艳, 李浩鹏, 崔晓莉. 无机化学学报, 2009,25, 1903.]
(14) Cong, Y.; Li, X. K.; Qin, Y.; Dong, Z. J.; Yuan, G. M.; Cui, Z.W.; Lai, X. J. Appl. Catal. B 2011, 107, 128. doi: 10.1016/j.apcatb.2011.07.005
(15) Rincón, M. E.; Trujillo-Camacho, M. E.; Cuentas-Gallegos, A.K. Catal. Today 2005, 107-108, 606.
(16) Soldano, C.; Mahmood, A.; Dujardin, E. Carbon 2010, 48,2127. doi: 10.1016/j.carbon.2010.01.058
(17) Cong, Y.; Qin, Y.; Li, X. K.; Dong, Z. J.; Yuan, G. M.; Cui, Z.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 1509. [丛野, 秦云,李轩科, 董志军, 袁观明, 崔正威. 物理化学学报, 2011, 27,1509.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201203272
(18) Xiang, Q. J.; Yu, J. G.; Jaroniec, M. Chem. Soc. Rev. 2012, 41,782.
(19) Jiang, G. D.; Lin, Z. F.; Chen, C.; Zhu, L. H.; Chang, Q.;Wang,N.;Wei,W.; Tang, H. Q. Carbon 2011, 49, 2693. doi: 10.1016/j.carbon.2011.02.059
(20) Min, Y. L.; Zhang, K.; Zhao,W.; Zheng, F. C.; Chen, Y. C.;Zhang, Y. G. Chemical Engineering Journal 2012, 193-194,203.
(21) Hummers,W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80,1339. doi: 10.1021/ja01539a017
(22) Liu, J.; Bai, H.;Wang, Y.; Liu, Z.; Zhang, X.; Sun, D. D. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 4175. doi: 10.1002/adfm.201001391
(23) Nethravathi, C.; Rajamathi, M. Carbon 2008, 46, 1994.doi: 10.1016/j.carbon.2008.08.013
(24) Zhou, K. F.; Zhu, Y. H.; Yang, X. L.; Jiang, X.; Li, C. Z. New J. Chem. 2011, 35, 353. doi: 10.1039/c0nj00623h
(25) Zhang, J. L.; Yang, H. J.; Shen, G. X.; Cheng, P.; Zhang, J. Y.;Guo, S.W. Chem. Commun. 2010, 46, 1112. doi: 10.1039/b917705a
(26) Wang,W. G.; Yu, J. G.; Xiang, Q. J.; Cheng, B. Appl. Catal. B: Environ. 2012, 119-120, 109.
(27) Zhang, L.W.; Fu, H. B.; Zhu, Y. F. Adv. Funct. Mater. 2008, 18,2180. doi: 10.1002/adfm.v18:15
(28) Ma, L. J.; Guo, L. J. Acta Chim. Sin. 2006, 24 (9), 863. [马利静, 郭烈锦. 化学学报, 2006, 24 (9), 863.]
(29) Zhou, Y.; Bao, Q. L.; Tang, L. A. L.; Zhong, Y. L.; Loh, K. P.Chem. Mater. 2009, 21, 2950. doi: 10.1021/cm9006603
(30) Yang, Y. H.; Sun, H. J.; Peng, T. J. Chin. J. Inorg. Chem. 2010,26 (11), 2083. [杨勇辉, 孙红娟, 彭同江. 无机化学学报,2010, 26 (11), 2083.
(31) Zhang, X. Y.; Sun, Y. J.; Cui, X. L.; Jiang, Z. Y. Int. J. hydrog. Energy 2012, 37, 811. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.04.053
(32) Lei, Y.; Zhang, L. D.; Fan, J. C. Chem. Phys. Lett. 2001, 338,231. doi: 10.1016/S0009-2614(01)00263-9

[1]	曹玥晗, 郭瑞, 马敏智, 黄泽皑, 周莹. 活性位点电子密度变化对光催化CO₂活化和选择转化的影响[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303029 - .
[2]	张珹博, 陶晓萍, 蒋文超, 郭俊雪, 张鹏飞, 李灿, 李仁贵. 微波辅助合成促进铬酸铋晶体的光生电荷分离[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303034 - .
[3]	赖可溱, 李丰彦, 李宁, 高旸钦, 戈磊. 金属-有机骨架衍生的Ni-CNT/ZnIn₂S₄异质结用于光催化产氢及其电荷转移途径的确定[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2304018 - .
[4]	宋千伟, 何观朝, 费慧龙. 基于单原子催化剂的光热催化转化：原理和应用[J]. 物理化学学报, 2023, 39(9): 2212038 -0 .
[5]	张怡宁, 高明, 陈松涛, 王会琴, 霍鹏伟. Ag/CN/ZnIn₂S₄ S型异质结等离子体光催化剂的制备及其增强光还原CO₂研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2211051 - .
[6]	罗铖, 龙庆, 程蓓, 朱必成, 王临曦. Pt-C₃N₄/BiOCl S型异质结应用于光催化CO₂还原的理论计算研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212026 - .
[7]	张珂瑜, 李云锋, 袁仕丹, 张洛红, 王倩. S型异质结H₂O₂光催化剂的研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212010 - .
[8]	孙涛, 李晨曦, 鲍钰鹏, 樊君, 刘恩周. S-型MnCo₂S₄/g-C₃N₄异质结光催化产氢性能研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212009 - .
[9]	吴新鹤, 陈郭强, 王娟, 李金懋, 王国宏. S-Scheme异质结光催化产氢研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212016 -0 .
[10]	王中辽, 汪静, 张金锋, 代凯. 光激发电荷在光催化氧化还原反应中的全利用[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2209037 - .
[11]	王吉超, 乔秀, 史维娜, 贺景, 陈军, 张万庆. 多面体状Cu₂O修饰片状BiOI的S型异质结构筑及光催化水蒸气中CO₂转化性能研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2210003 - .
[12]	昝忠奇, 李喜宝, 高晓明, 黄军同, 罗一丹, 韩露. 0D/2D碳氮量子点(CNQDs)/BiOBr复合的S型异质结高效光催化降解和产H₂O₂[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2209016 - .
[13]	周文杰, 景启航, 李家馨, 陈颖芝, 郝国栋, 王鲁宁. 有机光催化剂用于太阳能水分解：分子水平和聚集体水平改性[J]. 物理化学学报, 2023, 39(5): 2211010 -0 .
[14]	刘欢, 马宇, 曹斌, 朱奇珍, 徐斌. MXenes在水系锌离子电池中的应用研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(5): 2210027 -0 .
[15]	雷永刚, 赵天宇, 黄锦鸿, 张颖贞, 臧雪瑞, 李晓, 蔡伟龙, 黄剑莹, 胡军, 赖跃坤. 金属碳化钨与液相染料光敏剂协同促进光催化制氢[J]. 物理化学学报, 2023, 39(4): 2206006 -0 .

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