石墨烯在光催化中的应用
氧化石墨烯及其应用
氧化石墨烯及其应用氧化石墨烯是指通过化学氧化使石墨烯表面的一些碳原子具有氧原子的一种材料。
它具有高度的化学活性和表面积，同时也具有类似石墨烯的导电性、导热性等特性。
因此，氧化石墨烯在材料学、化学、物理学、能源等领域发挥了重要的作用。
在材料学领域，氧化石墨烯可以作为一种优秀的催化剂。
由于氧化石墨烯的高表面积和丰富的活性位点，它对各种化学反应具有高度的催化活性。
例如，在催化还原反应中，氧化石墨烯可以提高反应速率和选择性，同时也能很好地解决催化剂的稳定性问题。
此外，氧化石墨烯还可以用于制备电子设备中的电极材料、参与储能材料的制备以及防腐涂料等领域。
在化学领域，氧化石墨烯的大面积表面活性位点为催化剂的合成提供了极大的可能性。
在许多化学反应中，氧化石墨烯的表面活性位点可以发挥出优异的催化作用，从而提高化学反应的效率。
此外，氧化石墨烯还可以作为一种稳定的光催化剂，进行光化学反应。
例如，在某些光化学反应中，氧化石墨烯可以吸收可见光并将其转化为电荷，从而促进反应的进行，同时也可以充当光催化剂的载体来增强光催化剂的稳定性。
在物理学领域，氧化石墨烯的导电性和导热性也被广泛利用。
由于氧化石墨烯的特殊电学性质，它可以作为电子器件的载体和电极材料。
例如，氧化石墨烯可以作为一种透明导电材料，应用于触摸屏、液晶显示器等领域。
此外，氧化石墨烯的导热性也被广泛应用于制备热传导材料，包括导热膏、导热板等。
在能源领域，氧化石墨烯的应用也十分广泛。
例如，氧化石墨烯可以用于电池的正负极材料、太阳能电池材料、超级电容器和柔性电子等领域。
通过对氧化石墨烯的表面进行修饰，还可以增强其在能源领域的应用。
总之，氧化石墨烯是一种十分优异的材料，其在各个领域的应用也具有广泛的前景和潜力。
由于其特殊性质，氧化石墨烯还有许多未知的应用领域值得我们深入探究和研究。
纳米科技中的石墨烯应用介绍
纳米科技中的石墨烯应用介绍石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，厚度只有一个碳原子的厚度。
它具有许多独特的物理和化学特性，使其在纳米科技领域中应用广泛。
本文将介绍纳米科技中石墨烯的应用。
首先，石墨烯在电子器件方面有着重要的应用。
由于石墨烯具有高载流子迁移率、高电导率和高热导率等特性，它成为了制造晶体管、晶体管阵列和传感器等高性能电子器件的理想材料。
与传统的硅基材料相比，石墨烯的热稳定性更强，能够在更高的温度下工作。
此外，石墨烯还可以用于制造柔性电子器件，使得电子产品更加轻薄、柔韧。
其次，石墨烯在能源领域也有着诸多应用。
石墨烯作为一种高效导电材料，广泛应用于锂离子电池和超级电容器等能源存储装置中。
由于石墨烯具有大的比表面积和优异的电化学性能，能够提高能源存储装置的能量密度和循环寿命。
此外，石墨烯还可以应用于太阳能电池、燃料电池和光催化等领域，提高能源转换效率。
另外，石墨烯在材料加固方面也有着广阔的应用前景。
石墨烯被广泛用作增强材料的添加剂，可以大幅度提高材料的力学性能。
石墨烯的高强度和高刚度使其在制备复合材料中起到了很好的增强作用。
例如，将石墨烯纳米片添加到聚合物基体中，可以大幅度提高聚合物的强度和导热性能。
这种强化效果对于航空航天和汽车行业的应用尤为重要，有助于提高材料的轻量化和结构强度。
此外，石墨烯在生物医学领域的应用也备受关注。
石墨烯具有良好的生物相容性和生物降解性，可以作为药物载体在药物传递和缓释方面起到重要作用。
石墨烯纳米片可以用于制备纳米药物，可以通过控制石墨烯的尺寸和形状来调控药物的释放速率和靶向性。
此外，石墨烯的高导电性还可以用于生物传感器和医学成像等领域，提高传感器的灵敏度和图像的分辨率。
总之，纳米科技中石墨烯的应用非常广泛。
石墨烯在电子器件、能源存储、材料增强和生物医学等领域起到了重要作用。
随着对石墨烯材料性能的深入理解和制备工艺的不断改进，相信石墨烯的应用前景将会更加广阔，对于推动纳米科技的发展将发挥重要作用。
石墨烯量子点在生物与发光材料上的应用研究
石墨烯量子点在生物与发光材料上的应用研究石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体结构材料，具有独特的物理和化学性质。
石墨烯量子点是石墨烯的纳米级别片段，具有优异的光电特性和生物相容性，在生物医学和发光材料领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍石墨烯量子点在生物与发光材料上的应用研究。
石墨烯量子点具有优异的荧光特性，可作为生物成像探针。
石墨烯量子点具有较高的量子产率和较长的荧光寿命，在低浓度下即可达到高亮度的荧光信号。
这使得石墨烯量子点在生物体内的成像具有较高的分辨率和较低的背景干扰。
石墨烯量子点还具有较宽的激发波长范围和可调的发射波长，可用于多模态成像，如荧光成像和二光子成像等。
石墨烯量子点具有较好的生物相容性，在生物学样品中不会引起细胞毒性和光损伤，因此可以安全地应用于体内或体外的生物成像研究中。
石墨烯量子点可以用于药物传递和治疗。
石墨烯量子点具有大的比表面积和丰富的官能团，可以有效地吸附和包埋药物分子。
其良好的生物相容性和低光毒性使得石墨烯量子点在体内的应用具有潜力。
石墨烯量子点还可以通过改变表面功能化基团来调控药物的释放速率和靶向性。
通过修饰石墨烯量子点表面的靶向分子，可以实现药物的靶向传递，提高治疗效果并减少副作用。
石墨烯量子点还可以用作发光材料。
石墨烯量子点具有宽带隙和可调的发光特性，可以通过改变其尺寸和结构来调控发光波长和发射强度。
石墨烯量子点具有较高的稳定性和较长的激发寿命，可用于发光二极管和激光器等器件的制备。
石墨烯量子点的独特光电特性还可以用于光电转换和光催化反应等领域的研究。
石墨烯量子点在生物和发光材料上具有广泛的应用潜力。
未来的研究工作应进一步探索石墨烯量子点的合成方法和表面修饰策略，提高其光电性能和生物相容性，推动其在生物医学和发光材料领域的应用。
新型二维材料光催化与电催化研究进展
新型二维材料光催化与电催化研究进展一、本文概述随着科技的飞速发展，二维材料作为一种新兴的纳米材料，以其独特的物理和化学性质，在光催化和电催化领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在全面概述新型二维材料在光催化和电催化领域的研究进展，探讨其性能优化和应用前景。
我们将首先介绍二维材料的基本特性及其在光催化和电催化中的优势，然后重点综述近期在二维材料设计、合成、性能调控以及实际应用等方面取得的重要成果。
我们还将讨论当前面临的挑战和未来的发展方向，以期为该领域的进一步研究提供有益的参考。
二、二维材料光催化研究进展近年来，二维（2D）材料在光催化领域的研究取得了显著的进展。
这些材料因其独特的电子结构和物理化学性质，为光催化反应提供了新的可能性。
二维材料，如石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等，具有原子级别的厚度和极高的比表面积。
这些特性使得二维材料在光吸收、电荷传输和表面反应等方面展现出独特的优势。
例如，其超薄的结构使得光生载流子能够在更短的时间内到达表面参与反应，从而提高光催化效率。
二维材料在光催化领域的应用主要包括光解水制氢、光催化还原二氧化碳以及有机污染物的光催化降解等。
通过调控二维材料的电子结构、构建异质结、引入缺陷等手段，可以进一步提升其光催化性能。
近年来，科研人员在二维材料的光催化性能方面进行了大量研究。
例如，通过精确控制二维材料的合成条件，可以实现对其能带结构的调控，从而提高光生载流子的分离效率。
通过将二维材料与其他材料复合，形成异质结结构，可以进一步促进光生载流子的传输和分离，从而提高光催化性能。
尽管二维材料在光催化领域取得了显著的进展，但仍面临一些挑战，如光生载流子的复合率较高、可见光利用率较低等。
未来，科研人员需要进一步探索新的二维材料，并发展更有效的策略来提高其光催化性能。
还需要深入研究二维材料光催化反应的机理，为设计更高效的光催化剂提供理论支持。
三、二维材料电催化研究进展近年来，二维材料在电催化领域的研究取得了显著进展，其独特的电子结构和物理性质使得它们在电催化反应中展现出优异的性能。
石墨烯_溴氧化铋复合物的制备及可见光光催化性能研究_周薇
文章编号：1001-3555（2014）04-0367-09收稿日期：2014-03-31；修回日期：2014-07-05．基金项目：国家自然科学基金（21377067，21207079，21177072）；湖北省新世纪人才入选人员优先资助项目（201203）；中国科学院生态环境研究中心开放基金（KF2011－07）．作者简介：周薇（1990－），女，硕士生．E-mail ：chem_ctgu@126．com．*通讯联系人，E-mail ：fangyf@ctgu．edu．cn．石墨烯-溴氧化铋复合物的制备及可见光光催化性能研究周薇，胡晓龙，赵小蓉，贾漫珂，黄应平，方艳芬*（1．三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心（三峡大学），湖北宜昌443002；2．三峡库区生态环境教育部工程研究中心（三峡大学），湖北宜昌443002）摘要：采用超声-水热法在溴氧化铋（BiOBr ）上负载不同含量氧化石墨来制备石墨烯-溴氧化铋（Gre-BiOBr ）复合物，利用X-射线衍射（XＲD ）、扫描电镜（SEM ）、透射电镜（TEM ）、紫外可见漫反射（UV-Vis DＲS ）、荧光分光光度计（PL ）、比表面积仪（BET ）及红外光谱仪（FT-IＲ）对不同负载量的Gre-BiOBr 进行初步表征．发现BiOBr 负载石墨烯前后均为斜四方晶型（JCPDS ：78-0348），均为大小500 1000nm 片层状．在可见光照射下（λ≥420nm ），以罗丹明B （Ｒhodamine B ，ＲhB ）和水杨酸（Salicylicacid ，SA ）作为降解底物，发现经过负载石墨烯后BiOBr 的可见光活性有明显提高，且当负载质量比为10%时，Gre-BiOBr 复合物表现出最好的可见光活性，此时光降解ＲhB 反应速率（k 10%Gre-BiOBr =0．046min －1）约为单纯BiOBr （k BiOBr =0．02min －1）的两倍．经测定10%Gre-BiOBr 复合物的比表面积为10．50m 2/g ，禁带宽度为2．61eV ，能吸收λ≥475nm 可见光．结合自由基捕获实验，发现该催化体系主要涉及超氧自由基（O 2·－）和空穴（h +）的共同氧化作用．10%Gre-BiOBr 催化剂循环使用5次，仍保持着良好光催化活性，表明该催化剂稳定性较好．关键词：石墨烯-溴氧化铋；负载；可见光中图分类号：O643．32文献标志码：A随着全球污染及能源短缺问题，寻找以太阳光作为直接能源的环境处理技术已成为当今的研究热点［1］，BiOBr 作为新型的可见光半导体催化剂，在有机污染物如染料［2］、氯代有机小分子［3］、微囊藻毒素［4-5］等都具有良好的光催化降解效果，但前期研究表明尽管BiOBr 能直接被可见光激发，但其对可见光的利用率要明显低于TiO 2/UV 体系，这是由于由两个独立的Br 4P 和O 2P 轨道组成的BiOBr 价带中O 2P 轨道的贡献少［6］．因BiOBr 自身价带结构很难改变，那么是否能通过改变其表面特性来提高BiOBr 对可见光的利用率，是学者们面临的难题．石墨烯（graphene ）是一种由碳原子紧密堆积而成的具有蜂窝状结构的二维材料［7］，具有突出的导热性能、力学性能［8］以及室温下高速的电子迁移率（15000cm 2·（V ·s ）－1）［9］．石墨烯特殊的结构使其具有比碳纳米管更为优异的电学性质，以及良好的导电性和化学稳定性［7，10］．目前，已有文献报道石墨烯与TiO 2［11］、ZnO ［12］、C 3N 4［13］、Bi 2WO 6等［14］负载来提高其对光的利用率，从而提高光催化的活性．因此，我们尝试着在溴氧化铋（BiOBr ）上负载不同含量氧化石墨来制备石墨烯-溴氧化铋（Gre-BiOBr ）复合物，以此复合物为光催化剂，在可见光照射下（λ≥420nm ），以罗丹明B （Ｒhodamine B ，ＲhB ）和水杨酸（Salicylicacid ，SA ）作为降解底物，研究不同石墨烯负载质量的Gre-BiOBr 复合物可见光活性，优化负载复合物的光催化活性．结合自由基捕获实验，研究光催化体系的氧化机理．1材料与方法1．1主要试剂及仪器试剂如下：5．0ˑ10-4mol ·L －1ＲhB 水溶液；Bi （NO 3）3·5H 2O （AＲ）；溴代十六烷基吡啶（CPB ，AＲ）；异丙醇（AＲ）；苯醌（AＲ）；EDTA （AＲ）；浓硝酸（AＲ）；3ˑ10-3mol ·L －1SA 水溶液．仪器：D /max2500型射线衍射仪（Ｒigaku ，日本）；XL30扫描电子显微镜（Philips ，荷兰）；UV-第28卷第4期分子催化Vol．28，No．42014年8月JOUＲNAL OF MOLECULAＲCATALYSIS （CHINA ）Aug．2014DOI:10.16084/ki.issn1001-3555.2014.04.0093010型紫外可见分光光度计（Hitach，日本）；BET （实验室的）；NEXUS型FTIＲ傅立叶红外光谱仪（Thermo Electron，美国）；Lambda25紫外可见分光光度计（PE，美国）；F-4500荧光分光光度计（Hi-tach，日本）；Delta320pH计（Mettler-Toledo，上海有限公司）；XPA系列光反应器（南京胥江机电厂）；均相反应器（烟台松岭化工设备有限公司）．1．2催化剂的制备BiOBr的制备：按实验室的国家发明专利方法制备［15］．制备氧化石墨（GO）：将装有70mL浓硫酸的500mL烧杯置于0ħ的水浴中，在搅拌状态下缓慢加入3g天然鳞片石墨，再缓慢加入1．5g硝酸钠与9g高锰酸钾的混合物，0ħ条件下搅拌2h使反应完全后，在30ħ恒温水浴中搅拌保温30min，缓慢加入140mL水并使温度上升至98ħ，在此温度条件下维持15min；用温水稀释到420mL，倒入30mL质量分数为30%的H2O2后，趁热过滤，用5%HCl充分洗涤滤饼，真空干燥24h，密封保存待用［16］．制备Gre-BiOBr复合物：在水和乙醇体积比为2ʒ1的混合溶液中加入上述制得的氧化石墨和溴氧化铋（0%、2%、6%、10%、14%），超声混合60min使其均匀分散后，将所得液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在高压、120ħ的条件下加热6h，冷却过滤，于60ħ干燥箱中干燥10h，由此得到复合物．1．3催化剂表征采用XＲD对产物进行结构分析；采用SEM、TEM观察催化剂的形貌；采用UV-Vis DＲS测定催化剂的吸收光谱；采用PL考察催化剂电子空穴复合程度；采用BET测定催化剂的比表面积；采用360FT红外光分光光度计测定催化剂的红外光谱．1．4实验过程和分析方法可见光装置：光反应装置采用500W碘钨灯，碘钨灯被安置在一个圆柱型双层硬质玻璃冷凝套中，冷凝套通过冷凝水冷却，套外用滤光片滤去波长小于420nm的光，从而保证反应在可见光激发条件下进行（光反应装置剖面图如图1所示），光反应管以光源为中心环绕一圈，以保证光照强度一定，光反应器可同时搅拌和旋转．过程：在70mL 光反应管中依次加入1mLＲhB，10mg Gre-BiOBr，定容至30mL，置于暗室搅拌30min以达到吸附-解吸平衡，然后进行光反应，每隔30min取样一次，离心分离后，用紫外可见分光光度计在ＲhB最大吸收波长554nm处测量其吸光度值．图1光催化反应装置图Fig．1The setup of photoreactionIＲ测定：分别在降解0h、2h、12h和24h的反应混合液（已经离心去除催化剂）中加入少量固体溴化钾，在旋转蒸发仪上蒸发至干（温度50 60ħ），用红外灯干燥，压片，在360FT红外光分光光度计上进行IＲ光谱测定．2结果与讨论2．1XＲD晶相及晶粒尺寸分析从图2可以看出，不同负载量的催化剂都出现了相似的衍射峰，由于石墨烯在2θ=25．41ʎ时有衍射峰，与BiOBr的（101）面的衍射峰重合，所以在负载化合物的XＲD图中，看不到明显的石墨烯衍射峰［17］．通过使用Jade5．0材料软件，均与BiOBr图2催化剂的XＲD图Fig．2XＲD patterns of the catalyst863分子催化第28卷的标准卡JCPDS ：78-0348对应，其晶胞参数为a =b =0．39201nm 和c =0．80984nm ，显示出P4/nmm 的空间结构，通过Scherrer 公式计算得BiOBr 、2%Gre-BiOBr 、6%Gre-BiOBr 、10%Gre-BiOBr 、14%Gre-BiOBr 的粒径大小分别为16．69、16．25、14．52、13．7、13．29nm ［18］．比较各催化剂的衍射峰强度，可知BiOBr 和10%Gre-BiOBr 催化剂均具有良好的晶型和结晶度．2．2Gre-BiOBr 的SEM 图采用SEM 对所得不同负载量的Gre-BiOBr 样品的表面形貌进行表征，结果见图3，所得形貌为大小500 1000nm 不规则片状．但在SEM 图中基本看不到石墨烯的存在，这可能是因为单层石墨烯很薄，厚度只有0．335nm ，因而在SEM 中很难被观测到［19］．可以看到，与BiOBr 层厚度相比，Gre-BiOBr 层状催化剂都有一定程度变薄的趋势．图3催化剂的SEM 图Fig．3SEM photo of the catalystsa．BiOBr ，b．2%Gre-BiOBr ，c．6%Gre-BiOBr ，d．10%Gre-BiOBr ，e．14%Gre-BiOBr2．3Gre-BiOBr 的TEM 图在相同放大倍数（15k ）下，采用TEM 对所得不同负载量的Gre-BiOBr 样品的立体形貌进行表征，结果见图4．BiOBr 呈微米级薄层状，在其表面分散着有石墨烯，且随着石墨烯负载量的增加，可明显看到石墨烯絮状物的增加．图4催化剂的TEM 图Fig．4TEM photo of the catalystsa．BiOBr ，b．2%，Gre-BiOBr ，c．6%Gre-BiOBr ，d．10%Gre-BiOBr ，e．14%Gre-BiOBr2．4PL 分析采用荧光光谱分析了不同负载量的Gre-BiOBr 的电子空穴复合率大小，结果见图5．从图中可以看到，激发波长为300nm 时，不同负载量的Gre-BiOBr 均在470nm 处出现较强的发射峰，且随着石墨烯负载量（2% 14%）的增加，催化剂的发射峰依次减弱，说明随着石墨烯含量的增加，催化剂的电子和空穴复合程度逐渐降低．这表明Gre-BiOBr 催化剂吸收可见光后，在具有高速电子迁移率的石墨烯传导作用下，催化剂表面的电子和空穴的利用率都得到了有效提高．理论上推测14%Gre-BiOBr 应具有最好光催化活性，但实验结果发现10%Gre-BiOBr 活性最好（图8），这可能是因为当BiOBr 表面存在着大量负载物石墨烯（14%）时，反而又会阻碍催化剂对可见光的吸收作用，使其催化活性有所降低［20］．2．5UV-Vis DＲS 分析制备得到的10%Gre-BiOBr 和BiOBr 分别为灰色和黄色（图6），表明其对可见光具有不同程度的吸收．因而，采用紫外分光光度计对两种催化剂在963第4期周薇等：石墨烯-溴氧化铋复合物的制备及可见光光催化性能研究图5催化剂的光致发光谱Fig．5Photoluminescence spectra of catalysts200 700nm 范围内的反射吸收光谱进行测定，如图6．根据公式λg =1239．18/Eg 计算10%Gre-BiOBr 的禁带宽度约为2．61eV ，BiOBr 的禁带宽度约为2．75eV ，表明BiOBr 负载石墨烯后能适当地拓宽BiOBr 的可见光吸收范围（ 0．14eV ）．图6样品UV-Vis DＲS 光谱图Fig．6UV-VisDＲS diffuse reflectance curve of catalysts2．6BET 分析BET 测试结果显示BiOBr 、10%Gre-BiOBr 的BET 值分别为8．80m 2·g －1和10．50m 2·g －1，表明石墨烯（10%）负载后能明显提高BiOBr 的比表面积（ 1．70m 2·g －1），从而有效的增加光催化反应位点，提高其光催化活性．2．7IＲ光谱分析采用360FT 红外光分光光度计对BiOBr 、10%Gre-BiOBr 进行红外测定，结果如图7．由图可知，在BiOBr 、10%Gre-BiOBr 的谱图中都能发现500cm －1和1300cm －1左右吸收峰，该峰归属于BiOBr中Bi —O 键的伸缩振动［17］．而在10%Gre-BiOBr 的谱图中产生的新吸收峰2380cm －1、1560cm－1和1100cm －1分别归属于累积双键（—C =C =C —）的振动、石墨烯的骨架振动［21］、Bi —C 键的伸缩振动［17］，揭示了Gre-BiOBr 复合物中石墨烯分子和BiOBr 是以共价键形式存在．图7催化剂的红外光谱分析Fig．7IＲspectra analysis ofcatalyst2．8光催化活性研究实验过程和分析2．8．1不同负载量的Gre-BiOBr 复合物对ＲhB 光催化降解及动力学分析在相同条件下，用不同量的石墨烯制备Gre-BiOBr 复合物降解ＲhB ，结果如图8所示．在可见光下不同负载量的催化剂都比纯BiOBr 催化降解ＲhB 的活性要好，这表明石墨烯分子存在对其降解活性起着显著促进作用．在相同条图8不同负载量对ＲhB 降解反应的影响Fig．8Degradation efficiency of ＲhB over Gre-BiOBr withdifferent amounts of grapheme after 40minutes［cata ］=0．33mol ·L －1，［ＲhB ］=1．5ˑ10-5mol ·L －1，pH =6．873分子催化第28卷件下，10%Gre-BiOBr复合物对底物ＲhB降解速率最快，在降解40min后降解率达到97%，认为10%为最佳负载量．BiOBr、10%Gre-BiOBr复合物在可见光下降解ＲhB的动力学曲线如图9所示．ＲhB溶液在可见光照射下光解现象不明显；BiOBr、10%Gre-BiOBr在暗反应条件下对ＲhB的吸附不大，反应30min后基本上达到吸附平衡；而在可见光（λ≥420nm）的激发下，BiOBr和10%Gre-BiOBr均能对ＲhB进行降解，BiOBr为催化剂时反应150min后能完全降解ＲhB溶液，而10%Gre-BiOBr在光照条件下，反应60min后已完全降解了ＲhB溶液．由此看出，光照和催化剂是ＲhB发生降解反应所必须的因素，且10%Gre-BiOBr的可见光催化活性要高于BiOBr，光降解ＲhB反应速率［22］（k BiOBr=0．020min－1）约为纯BiOBr（k10%Gre-BiOBr=0．046min－1）的两倍．测定了10%Gre-BiOBr/ＲhB/Vis、BiOBr/ＲhB/Vis体系在不同反应时间的吸收光谱的变化（图10），随着降解反应的进行，ＲhB的特征吸收峰（λ=554nm）不断降低，并出现蓝移，表明ＲhB的共轭体系随光照时间的延长被逐渐降解．反应一定时间后，ＲhB在可见光区的吸收已完全消失，脱色率达到100%．图9不同条件下对ＲhB的光催化降解曲线Fig．9Degradation curves ofＲhB in different conditions ［cata］=0．33mol·L－1，［ＲhB］=1．5ˑ10-5mol·L－1，pH=6．8图10光催化降解ＲhB吸收光谱的变化Fig．10UV-Vis spectra changes ofＲhB［cata］=0．33mol·L－1，［ＲhB］=1．5ˑ10-5mol·L－1，pH=6．82．8．2不同pH条件下10%Gre-BiOBr对ＲhB光催化降解实验讨论了溶液pH对10%Gre-BiOBr催化降解ＲhB反应的影响．图11表示的是ＲhB的降解率达到100%后，降解反应在不同pH条件下的降解速率．随着pH的减小，降解速率逐渐增大，在pH=3时，反应的降解速率达到最大．据文献报道制备的BiOBr催化剂的pH zata值为5．4［4］，当溶液的pH＜5．4时BiOBr表面带正电，会与ＲhB阳离子型染料相互排斥，而在底物初始浓度相同，催化剂达到吸附平衡时，实验结果（表1）显示，pH=39时催化剂对ＲhB的吸附量均较大（19．7%24．1%），表明催化剂对ＲhB的吸附可能是发生了氢键或配位键等作用的专属吸附为主，与pH关系不大．此外，在酸性条件下，随着溶液中H+浓度的增大，会加速反应O2·－+e+2H+→H2O2的进行［6］，在该光催化体系中超氧O2·－起到主要的作用（见图12），使得催化剂对ＲhB的降解速率加快，因而在pH=3时降解速率达到最大．173第4期周薇等：石墨烯-溴氧化铋复合物的制备及可见光光催化性能研究图11溶液pH对ＲhB降解反应的影响Fig．11Degradation curves ofＲhB in different pH［ＲhB］=1．5ˑ10-5mol·L－1，［Gre-BiOBr］=0．33g·L－1表1不同pH条件催化剂对ＲhB的吸附率Table1The adsorption rate forＲhB of the photocatalystin different pH conditionspH Adsorption rate［（C0-C t）/C0］ˑ100%335．3%528．6%719．7%924．1%118．0%2．9自由基捕获实验为了验证反应体系中哪一种自由基对于降解反应起主要作用，分别以异丙醇（IPA）为·OH捕获剂，苯醌（BQ）为O2·－捕获剂，EDTA为空穴（h+）捕获剂进行实验．首先对EDTA、BQ做了不同浓度梯度对10%Gre-BiOBr复合物光催化降解ＲhB的影响，发现随着捕获剂的浓度增加，光催化降解反应速率逐渐降低．后选定［IPA］=5mmol·L－1、［BQ］=0．33mmol·L－1、［EDTA］=0．33mmol·L－1的浓度进行光催化降解，分别以ln（C0/C t）对反应时间t进行拟合求得动力学常数k［22］，得到k blank=0．0511min－1、kIPA =0．0321min－1、kEDTA=0．0261min－1、kBQ=0．0056min－1，结果见图12．从图可见加入异丙醇、EDTA和苯醌后催化剂降解速率均变慢，其中对降解的抑制程度分别为苯醌＞EDTA＞异丙醇，从而证明在该光催化氧化降解反应体系中起主要作用的是超氧O2·－和h+．2．10ＲhB的降解和深度氧化矿化图13为在可见光照射下10%Gre-BiOBr光催图12自由基捕获实验Fig．12scavenging experiment of free radical［ＲhB］=1．5ˑ10-5mol·L－1，［Gre-BiOBr］=0．33g·L－1，pH=6．8［IPA］=5m mol·L－1，［BQ］=0．33mmol·L－1，［EDTA］=0．33mmol·L－1图13ＲhB降解的红外光谱分析Fig．13IＲspectra analysis ofＲhB during degradation ［ＲhB］=1．5ˑ10-5mol·L－1，［Gre-BiOBr］=0．33g·L－1，pH=6．8化降解ＲhB在不同反应时间下ＲhB溶液的红外光谱变化．ＲhB的特征吸收表征为：1590和885cm－1分别对应ＲhB芳环的骨架振动及苯环平面弯曲振动峰；1340cm－1、1180cm－1可分别归属于C-CH3和Ar-N伸缩振动峰，1440和1080cm－1可分别归属于苯环（—C=C—）和醚键（—C—O—C—）的伸缩振动（反应0h）．随着光催化反应的进行，可知：1590cm－1、1340cm－1、1180cm－1、1080cm－1的峰消失，说明在光催化氧化过程中ＲhB骨架分子被273分子催化第28卷逐步破坏，而在1640和1630cm －1产生了一个双峰，推测可能生成了酰胺类化合物中羰基（O =C —N ）伸缩振动峰，在1380cm －1出现的新峰可能为伯胺类化合物中（C —NH 2）伸缩振动峰［23］，这说明在可见光下10%Gre-BiOBr 对ＲhB 不单是一个简单的脱色过程，而且也是一个深度氧化过程．由TOC （图14）数据分析可知，在反应25h 后，10%Gre-BiOBr 对ＲhB 矿化率为50．1%，比单纯的BiOBr 对ＲhB 矿化率要高．图14ＲhB 降解的TOC 变化Fig．14The TOC removal of ＲhB［ＲhB ］=5ˑ105mol ·L －1，［Gre-BiOBr ］=1g ·L －1，pH =6．82．11催化剂对SA 的降解SA 是一种无色的小分子污染物，本身对可见光没有吸收．可见光（λ≥420nm ）照射下，测定降解过程中水杨酸浓度的变化，结果见图15．在控制相同温度条件下，SA 不发生光解，而BiOBr 和10%Gre -BiOBr 在可见光下能显著降解SA ．反应20h 后，BiOBr 和10%Gre-BiOBr 对水杨酸的降解率分别为70．82%和85．68%，表明10%Gre-BiOBr 在可见光激发下能有效降解小分子污染物，其催化能力大于BiOBr．图15光催化降解SA 的动力学曲线Fig．15Kinetic curves for degradation of SA under visble light ［Gre-BiOBr ］=0．4g ·L －1，［SA ］=3ˑ10-4mol ·L －12．12循环反应实验催化剂是否稳定是衡量其研究价值的重要指标，为了验证其稳定性，进行了光催化降解ＲhB 的循环实验，每个循环反应结束之后加入同等量的ＲhB 溶液定容到同样体积，吸附平衡后进行下一轮的循环反应．图16是BiOBr 和10%Gre-BiOBr 催化循环实验结果图，催化剂循环使用5次，仍保持着良好的光催化活性，表明负载后10%Gre-BiOBr 稳定性较好，具有研究价值．图16催化反应循环图Fig．16Catalytic recycling in repetitive degradation of ＲhB ［cata ］=0．33g ·L －1，［ＲhB ］=1．5ˑ10-5mol ·L －1，pH =6．8373第4期周薇等：石墨烯-溴氧化铋复合物的制备及可见光光催化性能研究3结论采用超声-水热法制备了不同负载量的Gre-BiOBr复合物，并探讨了石墨烯对其表面特性及可见光活性的影响．实验发现10%Gre-BiOBr催化剂（质量比）具有最佳可见光催化活性，这是因为在BiOBr表面负载的具有优异导电性的石墨烯，能有效地促进BiOBr表面电子和空穴分离，并一定程度上增大了其比表面积，从而能显著地提高了催化剂对可见光的利用率．参考文献：［1］Hoffmann MＲ，Martin S T，Choi W Y，et al．Environ-mental applications of semiconductor photocatalysis［J］．ChemＲev，1995，95：69－96．［2］Zhang Kun（张坤）．Master’s dissertion of Shanghai Normal University（上海师范大学硕士论文）［D］．2012．［3］Lei Y，Wang G，Guo P，et al．The Ag-BiOBrx I1-xcom-posite photocatalyst：Preparation，characterization andtheir novel pollutants removal property［J］．Appl Surf Sci，2013，279：374－379．［4］Fang Y F，Huang Y P，Yang J，et al．The unique ability of BiOBr to decarboxylate D-Glu and D-MeAsp in thephotocatalytic degradation of Microcystin-LＲin water［J］．Environmental Science＆Technology，2011，45（4）：1593－1600．［5］Wang S L，Ma W H，Fang Y F，et al．Bismuth oxybro-mide promoted detoxification of cylindrospermopsin underUV and visible light illumination［J］．Appl Catal B：En-vir，2014，150/151：380－388．［6］Fang Y F，Huang Y P，Ma W H，et al．Exploring the re-activity of multicomponent photocatalysts：insight into thecomplex valence band of BiOBr［J］．Chem-A Euro J，2013，19（9）：3224－3229．［7］Geim A，Novoselov K．The rise of graphene［J］．Nat Ma-ter，2007，6：183－191．［8］Schadler L S，Giannaris S C，Ajayan P M．Load transfer in carbon nanotube epoxy composites［J］．Appl Phys Lett，1998，73：3842－3844．［9］Zhang Y，Tan Y W，Stormer H L，et al．Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry＇s phasein graphene［J］．Nature，2005，438（7065）：201－204．［10］Novoselov K S，Jiang D，Schedin F，et al．Two-dimen-sional atomic crystals［J］．Proceed Nati Acade Sci UnitSta Amer，2005，102（30）：10451－10453．［11］Jiang G，Lin 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BiO-Br-Graphene composite［J］．Chem-A Europ J，2012，18（45）：14359－14366．［18］Li Xin-yu（李新玉），Fang Yan-fen（方艳芬），Xiong Shi-wei（熊世威），et al．Preparation of Fe dopped BiO-Br using different bromine source and visible-light photo-catalytic activity（不同溴源制备铁掺杂BiOBr及其可见光光催化活性研究）［J］．J Mol Catal（China）（分子催化），2013，27（6）：575－584．［19］Li Xu（李旭），Zhao Wei-feng（赵卫峰），Chen Guo-hua（陈国华）．Ｒesearch progress in preparation andcharacterization of graphenes（石墨烯的制备与表征研究）［J］．MaterＲev（材料导报），2008，22（8）：48－52．［20］Zhang X，Chang X，Gondal M A，et al．Synthesis and photocatalytic activity of graphene/BiOBr compo-sitesunder visible light［J］．Appl Surf Sci，2012，258（20）：7826－7832．［21］Nethravathi C，Ｒajamathi M．Chemically modified gra-phene sheets produced by the solvothermal reduction ofcolloidal dispersions of graphite oxide［J］．Carbon，2008，46（14）：1994－1998．［22］Hu Jin-shan（胡金山），Wang Huan（王欢），Liu Li（刘利），et al．Preparation of highly efficient Ag@AgBr473分子催化第28卷plasmonic photocatalyst and its photocatalytic perform-ance under visible light （高效Ag@AgBr 等离子体光催化剂的制备及可见光活性研究）［J ］．J Mol Catal （China ）（分子催化），2013，27（5）：452－458．［23］Deng A P ，Huang Y P ，Fang Y F ，et al．TiO 2nanotubespreparation and photocatalytic degradation of organic pol-lutants．（TiO 2纳米管的制备及其光催化降解有机污染物［J ］．Envir Chem （环境化学），2009，28（2）：202－205．［24］Wang L L ，Ma W H ，Huang Y P ，et al．The contrastiveresearch in the photocatalytic activity of BiOBr synthe-tized by different reactants ［J ］．J Nanomater ，2012，2012：1－9．［25］Li Xin-yu （李新玉），Fang Yan-fen （方艳芬），XiongShi-wei （熊世威），et al ．Preparation of bismuth molyb-date composite and improved photocatalytic activity under visible-light irradiation （钼酸铋光催化剂的制备及其光催化活性）［J ］．Envir Chem （环境化学），2013，32（009）：1611－1618．［26］Deng An-ping （邓安平），Yang Jing （杨静），WangShu-lian （汪淑廉），et al ．Preparation of mixed crystal TiO 2nanoparticles and photocatalytic degradation of toxic organic pollutants （混晶纳米TiO 2的制备及其光催化降解有毒有机污染物）［J ］．Envir Sci （环境科学），2010，31（012）：2965－2972．［27］An Wei-jia （安伟佳），Cui Wen-quan （崔文权），Liu Li（刘利），et al ．卤氧化铋光催化剂的复合改性［J ］．J Mol Catal （China ）（分子催化），2013，27（5）：483－492．Preparation of Graphene-BiOBr Composite and the EnhancedPhotocatalytic Activity under Visible-light IrradiationZHOU Wei ，HU Xiao-long ，ZHAO Xiao-rong ，JIA Man-ke ，HUANG Ying-ping ，FANG Yan-fen *（1．Collaborative Innovation Center for Geo-Hazards and Eco-Environment in Three Gorges Area ，Yichang 443002，China ；2．Engineering Ｒesearch Center of Eco-environment in Three Gorges Ｒeservoir Ｒegion ，Ministry ofEducation ，China Three Gorges University ，Yichang 443002，China ）Abstract ：Graphene-bismuth oxybromide （Gre-BiOBr ）composites with different amounts of graphene loading on BiOBr were prepared by ultrasound-hydrothermal method ，named BiOBr ，2%Gre-BiOBr ，6%Gre-BiOBr ，10%Gre-BiOBr and 14%Gre-BiOBr ，respectively．The materials were characterized by X-ray diffraction （XＲD ），scan-ning electron microscopy （SEM ），transmission electron microscopy （TEM ），ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy （UV-Vis DＲS ），fluorotrophotometer （PL ）and Brunauer-Emmett-Teller （BET ）．The results showed that the as-prepared catalysts were the diagonal square crystal shape （JCPDS card no ：78-0348），and the sheet of them were about 500 1000nm sheets．Compared with pure BiOBr ，the photocatalytic activity of Gre-BiOBr was significantly improved on the degradation of Ｒhodamine B （ＲhB ）and Salicylicacid （SA ）under visible light irradia-tion （λ≥420nm ）．The 10%Gre-BiOBr catalyst showed the best photocatalytic activity and the degradation rate ofＲhB （k 10%Gre-BiOBr =0．046min －1）was twice than that of pure BiOBr （k BiOBr =0．020min －1）．The specific surface area and the band gap （Eg ）of 10%Gre-BiOBr catalyst were 10．50m 2·g －1and 2．61eV （ 475nm ）．Based on the free radicals captured experiments ，the catalytic mechanism was mainly related to the common oxidation of the super oxygen radical （O 2·－）and holes （h +）．The photocatalytic activity of 10%Gre-BiOBr was excellent in the recycle-usage for five times ，so it had good stability．Key words ：Gre-BiOBr composite ；recombination ；photocatalysis573第4期周薇等：石墨烯-溴氧化铋复合物的制备及可见光光催化性能研究。
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能，在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点，使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色，因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展，以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性，然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着，文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展，分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望，以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法：溶液混合法：这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着，将所需的基体材料（如金属氧化物、聚合物等）加入溶液中，通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便，但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法：这种方法通常在高温或特定气氛下进行，利用石墨烯与基体材料之间的化学反应，使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如，通过化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料，但操作过程较复杂，且需要特殊的设备。
熔融共混法：对于高温稳定的基体材料，如金属或某些聚合物，可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
光催化剂的研究现状和应用前景
光催化剂的研究现状和应用前景光催化技术是一种绿色环保的技术，以其高效、无污染等特点受到了越来越多的关注。
光催化剂是实现光催化技术的关键。
本文将对光催化剂的研究现状和应用前景进行探讨。
一、光催化剂的研究现状1. 金属氧化物光催化剂金属氧化物光催化剂是目前最常见的光催化剂之一。
一些具有特殊活性的金属氧化物，如TiO2、ZnO、Fe2O3等，通过光催化作用，能够分解有机物质和气体污染物。
这些光催化剂具有简单的合成方法、良好的稳定性、低成本等优点。
近年来，人们通过控制光催化剂的结构、表面性质、晶粒大小等因素来增强其催化作用，并引入了共掺、修饰等方法来改善其催化效果。
2. 复合光催化剂复合光催化剂指的是将多种催化剂进行组合，以提高光催化效率的一种方法。
一些研究人员通过将金属氧化物和碳材料、半导体材料等进行复合，可以有效地改善催化剂的光吸收、载流子转移和利用效率等性能。
例如，将TiO2和二氧化硅、氮化硅等进行复合，不仅可以减少光降解过程中的反应阻抗，还可以增加光催化剂的光吸收效率。
另外，石墨烯、半导体量子点等也被广泛应用于光催化剂的复合中，以提高其稳定性和催化效率。
3. 金属有机骨架光催化剂金属有机骨架材料是一种由金属离子和有机配体组成的多孔性材料。
它不仅具有良好的稳定性和可控性，而且具有高表面积和高光吸收率等特性。
一些研究表明，金属有机骨架材料在光催化剂中具有潜在应用前景。
例如，实验室中已经利用铂-2-羟基-1，4-苯二甲酸催化剂分解了甲醛等有机物，其催化效率较好。
此外，人们还在探索利用金属有机骨架材料设计功能化材料的方法，以开发出更高效的光催化剂。
二、光催化剂的应用前景1. 污染治理领域光催化技术在污染治理领域应用前景积极。
目前，利用光催化技术降解废水、处理空气污染物等已经成为一个热门研究方向。
尤其是一些易挥发的有机污染物，如苯、甲苯等，很难用传统的处理方法达到彻底分解的效果。
而光催化技术可以实现在室温下，快速地降解这些有机物质，具有明显的优势。
石墨烯薄膜的制备方法及应用
石墨烯薄膜的制备方法及应用石墨烯是一种二维碳材料,具有强大的物理和化学性质,在许多领域都有广泛的应用前景。
其中,石墨烯薄膜的制备方法是一个重要的研究方向。
本文将介绍石墨烯薄膜的制备方法及其应用。
一、石墨烯薄膜的制备方法石墨烯薄膜的制备方法有多种,以下是其中几种常见的方法。
1. 物理法物理法制备石墨烯薄膜的主要步骤包括将石墨烯粉和氧化铜、氢氧化钠等反应物混合,通过加热和压融的方式生成石墨烯薄膜。
这种方法制备的石墨烯薄膜质量较高,但成本较高。
2. 化学法化学法制备石墨烯薄膜的主要步骤包括将石墨烯粉和氧化铜、氯化锌等反应物混合,通过溶剂化、溶胶-凝胶法等方法将石墨烯制成薄膜。
这种方法制备的石墨烯薄膜质量较差,但成本相对较低。
3. 电弧法电弧法制备石墨烯薄膜的主要步骤包括将石墨烯粉和溶剂混合,通过电弧加热的方式生成石墨烯薄膜。
这种方法制备的石墨烯薄膜厚度较大,但质量较好。
4. 光刻法光刻法制备石墨烯薄膜的主要步骤包括将石墨烯粉和光敏剂混合,通过曝光和显影的方法将石墨烯制成薄膜。
这种方法制备的石墨烯薄膜具有较好的导电和光学性能。
二、石墨烯薄膜的应用石墨烯薄膜具有许多优异的物理和化学性质,在许多领域都有广泛的应用前景。
以下是一些常见的应用。
1. 导电材料石墨烯薄膜具有良好的导电性能,可用于制备导电材料。
例如,在电池领域,将石墨烯薄膜用作电极材料,可以提高电池的导电性能和能量密度。
2. 光学材料石墨烯薄膜具有良好的光学性能,可用于制备光学材料。
例如,在显示器领域,将石墨烯薄膜用作光催化显示器,可以实现透明、节能和柔性的显示器。
3. 传感器材料石墨烯薄膜具有良好的传感性能,可用于制备传感器材料。
例如,在气体传感器领域,将石墨烯薄膜用作气体传感电极,可以实现高精度的气体传感。
4. 电子封装材料石墨烯薄膜具有良好的电子封装性能,可用于制备电子封装材料。
例如,在电子器件领域,将石墨烯薄膜用作封装材料,可以提高器件的稳定性和可靠性。
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石墨烯在光催化中的应用
1.石墨烯的介绍
石墨烯为Sp2杂化碳原子形成的蜂窝结构二维晶体材料，自2004年首次发
现以来，因其良好的力学性能，热学性能，光学性能以及电学性能而备受关注。
石墨烯的热传导系数5000Wm-1K-1，常温下电子迁移速率200000cm2V-1 s-1，特
定条件下可达250000cm2V-1 s-1，理论上比表面积更可达一2600m2g -1。迄今为止，
己经有多种方法合成石墨烯，例如机械剥离法，外延定向生长法，化学氧化还原
法和自下而上有机合成法。在众多的方法之中，还原被剥离的氧化石墨烯这一方
法因其低投入和规模性产出己经被证明是合成石墨烯最有效以及最可信的方法。
通过修饰石墨烯表面的方法则给予了石墨烯基复合材料更优异的性能。这些石墨
烯基和功能化的石墨烯基复合材料具备特有的电学性质，光学性质和生物适应性
质，使得这些材料在能源存储，催化，生物传感器，分子成像以及药物传输等领
域有着更广阔的应用。
1.1石墨烯/氧化石墨烯的物理化学特性
1.1.1石墨烯的物理特性
石墨烯为Spzsp杂化碳原子形成的蜂窝结构二维晶体材料，结构示意图如图
1.所示，石墨烯特定的结构也为石墨烯带来了许多优异的性质。
图1.石墨烯结构示意图
机械特性:石墨烯是目前世界上发现的强度最高的物质，其硬度比钻石硬度
还大，其强度比最好的钢铁还要高一百倍以上。导电性:石墨烯具有稳定的物理
结构，所有碳原子之间的连接具有良好的柔韧性，当存在外力作用时，碳原子面
会发生弯曲变形，但能够保持原来稳定的结构不变。这种稳定的晶格结构使石墨
烯具有良好的导电性。电子的相互作用:石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间有
强烈的相互作用而且电子和电子之间也存在很强的相互作用。化学性质:石墨烯
的化学性质与石墨相类似。
1.1.2氧化石墨烯的物理化学特性
石墨经过氧化处理后，能够形成保有石墨层状结构的氧化石墨，氧化石
墨经过超声剥离后形成氧化石墨烯。氧化石墨烯可以看作是在石墨烯单片上引入
了许多氧基官能团的材料。氧化石墨烯颜色为棕黄色，常见形态有粉末状、片状
以及溶液状。氧化石墨烯一直被当作一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、
胶体、薄膜，以及两性分子的特性。因氧化石墨烯含有丰富的官能团，所以具有
良好的亲水性，在水中具有优越的分散性。但是，今年相应实验结果表明，氧化
石墨烯实际上具有两亲性，从片层边缘至片层中央呈现亲水至疏水的特性分布。
2.光催化降解污染物
近年来，许多研究都在致力于解决源于城市和农业生产生活废水中有机污染
物的处理问题，许多催化相关的技术也都被用于环境保护中。光催化因其对环境
保护所起的作用（如空气清理，消毒，危险废物治理和水质净化等)成为科学研
究的热门对象。石墨烯的优异性能使得石墨烯基半导体复合材料在光催化领域拥
有广阔的应用空间，石墨烯基半导体复合材料己经被广泛应用于降解有机物的试
验中。这些复合材料通常有较强的染料吸附能力，更宽的光谱吸收范围和更强的
电子一空穴对分离能力。例如，将P25 Ti02-Graphene用于光催化实验。这种复
合材料对亚甲基蓝(methylene blue } MB)在紫外光和可见光下的降解比纯P25颗
粒具有更好的光催化效果。如图2.1所示，MB染料分子在溶液中通过卜兀
共扼键与石墨烯负载并接触Ti02，因此与纯P25颗粒对比，P25 Ti02-Graphene
对染料吸附的效果大大增强。与此同时，更宽的光响应范围和更强的电子一空穴
对分离能力同样使得P25 Ti02-Graphene较纯P25颗粒有更好的光催化效果。另
外，由于石墨烯的二维平面结构，因此同P25-Carbon NTs对比，Ti02-Graphene
也同样具有更高的光催化效率。
图2.1 复合材料降解染料MB示意图(a)
然而，同Ti0:比较，Ti02-Graphene的光催化增强效果本质上与Ti02-碳材
料(碳纳米管，富勒烯和活性炭)复合材料是相一致的}，Ti02-Graphene纳米复合
材料比纯Ti0:作为光催化剂降解苯具有更高的光催化活性和稳定性。关于复合材
料中石墨烯在降解污染物中所起的作用，二氧化钦纳米棒一氧化石墨烯复合材料
紫外光下降解染料MB的机制。如图2.2所示，氧化石墨烯片层上的电子能够和
吸附的O:形成。OH自由基。如此，这种方式有效地转移了电子因而降低了电子
一空穴对的复合几率，从而增强了二氧化钦纳米棒的光催化活性。研究同时发现，
复合材料中使用二氧化钦纳米棒要比使用P25能够获得更好的光催化效果，主要
是因为纳米棒与氧化石墨烯片层有更好的接触，因此能更有效地将电子转移到氧
化石墨烯片层上。若要提高光催化效率，还可以优化半导体材料的形貌，以及将
半导体材料更均匀地分布在石墨烯/氧化石墨烯片层上。
图2.2 二氧化钛纳米棒一氧化石墨烯复合材料降解染料原理示意图
3.光催化分解水制氢
氢能源因其高能容量、环境友好和可循环利用性一直被视为终极的清洁
能源。利用半导体作催化剂，光催化分解水生成氢气和氧气，该法一直被视为生
成氢能源的可行办法。如今，许多半导体材料也己被报道证实了能够用于催化分
解水从而产生氢能源。然而，因为半导体材料内光生电子一空穴对会迅速复合，
制约着实际应用过程中催化效率的提高。石墨烯因其具有优越的电子迁移速率和
较大的比表面积，可以用作为电子受体来转移光生电子，促进H:和O:的分离过
程，最终提高H:的生成。
5.光催化杀菌
因为石墨烯能够有效地增强半导体在紫外光和可见光作用下的催化效
果，因此石墨烯基/氧化石墨烯基复合材料在杀菌领域也将会有广泛的应用。溶
液中Graphene/Ti0:薄膜在太阳光照射下能够消灭99.9%的大肠杆菌。相对纯Ti0:
薄膜而言，Graphene/Ti0:薄膜的抗菌活性有了显著的提高，并且，在光灭活细菌
后，石墨烯片层依然是稳定的。
材料学 刘小虎