二氧化钛-石墨烯复合物的制备及其光催化性质

以氧化石墨和商业用二氧化钛为前驱物,在150℃水热条件下制备了二氧化钛-石墨烯复合物,利用XRD、Raman、SEM、TEM和低温N2吸附-脱附测试对复合物的结构和形貌进行了表征。以亚甲基蓝溶液模拟染料废水,研究了二氧化钛-石墨烯复合物在紫外光及可见光下的光催化效果,结果表明,该复合物的光催化性能较之商业用二氧化钛有较大提高。对光催化机理的研究表明,二氧化钛-石墨烯复合物光催化性能提高的原因是其对于染料分子的吸附能力提高、吸光能力增强,并且复合物中电荷分离效率也有很大提高。

石墨烯/二氧化钛复合光催化剂的制备及可见光催化性能研究

以钛酸正丁酯为钛源,采用一种简单的原位水解技术制备了石墨烯/二氧化钛复合光催化剂.通过XRD、SEM、TEM、Raman、PL和UV-vis光谱仪等分析手段对产物进行了表征,并测试了该复合光催化剂在可见光区对染料罗丹明B的光催化降解性能.实验结果表明:制备的复合光催化剂主晶相为锐钛矿型二氧化钛,石墨烯表面富集的二氧化钛颗粒尺寸约为10～20nm左右,均匀弥散、形成一层致密的氧化钛膜层.样品降解罗丹明B测试结果表明,石墨烯与二氧化钛的复合,一方面使得二氧化钛光催化剂在可见光区的吸收大大增强,另外,石墨烯的存在能够促进二氧化钛半导体中电子和空穴的有效分离,并且在一定程度上提高了污染物在半导体表面的富集效率,从而使石墨烯/二氧化钛复合光催化剂对降解罗丹明B表现出良好的光催化活性.

石墨烯/二氧化钛复合催化剂制备及光电催化性能研究

本文将钛酸四丁酯和石墨粉为基本原料,采用水热合成法制备了石墨烯/二氧化钛复合材料,并研究了其在不同光照条件、石墨烯含量、光催化时间和p H值等因素对罗丹明B的降解效果影响。实验结果表明：对于此复合催化剂,当在石墨烯质量分数为10%、p H为6~7、光催化30 min等条件下,石墨烯/二氧化钛复合材料在紫外光下对罗丹明B的光电催化降解效率能达到96%以上。

染料敏化二氧化钛-石墨烯杂化材料光催化水分解制氢

以曙红、石墨氧化物与二氧化钛(P25)为原料,利用水热法制备曙红敏化的二氧化钛-石墨烯杂化材料。通过X射线光电子能谱(XPS)考察了石墨氧化物(GO)以及染料敏化二氧化钛石墨烯杂化材料(T-G-EY)的C1s信号的变化,水热过程使石墨烯含氧官能团含量大幅度减少,透射电镜照片清晰地显示二氧化钛纳米颗粒均匀分散在石墨烯片层上。紫外-可见漫反射光谱(DRS)分析发现复合材料的带隙变窄,从P25的3.25eV降低到2.75eV,吸光范围明显向可见光区拓展,并存在曙红的特征吸收峰。从荧光光谱上明显看出复合材料发生了荧光猝灭现象,确认是石墨烯与二氧化钛之间及曙红与石墨烯之间存在一定的相互作用。T-G-EY在500 W氙灯照射下光解水制氢气的效率比P25提高了10.2倍。

溶胶-凝胶法原位制备还原氧化石墨烯/二氧化钛复合材料及光催化性能

采用溶胶-凝胶法和改进的Hummers法制备了还原氧化石墨烯/二氧化钛(RGO/TiO2)复合光催化剂。对该光催化剂的形貌、结构进行了表征与分析,并以亚甲基蓝(MB)模拟有机废水,研究了该复合材料的光催化性能。结果表明,大量TiO2粒子负载在RGO片层表面形成膜层,分散均匀;在RGO/TiO2中,TiO2为锐钛矿型,RGO仍保留部分含氧官能团;RGO的引入使得RGO/TiO2吸收带发生红移,能带宽度由3.2 eV降低至3.0 eV;RGO/TiO2复合光催化剂具有良好的光催化降解性及循环稳定性,在持续光照MB溶液30 min后,最高降解率可达96.9%,5次循环光催化降解后,RGO/TiO2仍有近90%的降解效率。

还原氧化石墨烯-TiO_2纳米管复合光催化剂的制备及其对CO_2的光催化还原性能

以石墨粉和纳米TiO2为原料,采用水热法合成了还原氧化石墨烯(RGO)-TiO2纳米管复合光催化剂。运用XRD,TEM,FTIR和UV-Vis DRS技术对该复合光催化剂进行了表征,并考察了其在模拟太阳光下催化还原CO2的活性。表征结果显示:尺寸均一的TiO2纳米管均匀生长在RGO片层表面;RGO的引入拓宽了TiO2纳米管的光响应范围。实验结果表明:TiO2纳米管与适量RGO复合后,光催化还原CO2的活性明显增强;在GO加入量(水热合成时GO质量占GO与TiO2总质量的百分比,GO质量以氧化石墨计)为5%、光催化剂加入量为1.5 g/L的最佳条件下,光催化剂的催化活性是复合前的4倍;RGO-TiO2纳米管复合光催化剂具有良好的重复使用性能。

二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯/聚酰亚胺混合基质膜的原位聚合及气体渗透性能

以钛酸四丁酯为前驱体,采用浸渍-沉淀法制备二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯(TiO_2-GO)复合物,再将TiO_2-GO复合物与4,4'-(六氟异亚丙基)邻苯二甲酸酐和4,4'-二氨基二苯醚通过原位聚合构建TiO_2-GO/TiO_2-GO/PI(聚酰亚胺)混合基质膜,用于CO_2的渗透脱除.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热失重(TG)和Zeta电位等表征了TiO_2-GO复合物和TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构;探讨了TiO_2掺杂量对TiO_2-GO复合物及TiO_2-GO/PI混合基质膜的结构和气体渗透性能的影响.结果表明,TiO_2-GO复合物中TiO_2纳米粒子较均匀地沉积在GO片层上,TiO_2纳米粒子在形成的同时破坏了GO的结构,使其无序度增加.TiO_2的掺杂对TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构影响较小,但提升了TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2和N2渗透性能.但过量的掺杂使TiO_2粒子在GO片层上团聚,从而导致TiO_2-GO复合物在混合基质膜中的分散性变差,CO_2渗透性及CO_2/N2渗透选择性降低.当TiO_2掺杂质量分数为30%时,TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2渗透性为360 Barrer[1 Barrer=10^(-10)cm^3(STP)·cm/(cm^2·s·cm Hg)=7.5×10^(-14)cm^3(STP)·cm/(cm^2·s·Pa)],CO_2/N_2的渗透选择性可达31.

聚氨酯海绵负载二氧化钛/石墨烯复合蒙脱土漂浮材料可见光降解17α-乙炔基雌二醇

将二氧化钛/石墨烯复合蒙脱土材料负载在聚氨酯海绵上,制备了一种新型漂浮光催化材料。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能量弥散X射线探测器、X射线衍射仪和紫外-可见漫反射光谱仪等研究材料的表征,结果显示,二氧化钛纳米粒子分布于片状石墨烯表面,光催化活性组分均匀稳定地分布于聚氨酯海绵表面及基体中。该材料的密度约为0.26 g/cm^3,比表面积为17m^2/g,保证了其漂浮性质和对污染物良好的吸附能力。1 g材料对2 mg/L 17α-乙炔基雌二醇(EE2)的吸附能力达到73%,4 h降解率达到76%。此外,经5次循环使用,该材料对EE2的降解效率无明显下降,表明其在实际污染水体修复过程中具有良好的稳定性和可持续利用性。

氧化石墨烯-二氧化钛纳米材料对吲哚菁绿稳定性及体内分布的影响

目的:研究氧化石墨烯-二氧化钛纳米材料(Ti O2-GO)对吲哚菁绿(ICG)稳定性及体内分布的影响,探讨Ti O2-GO/ICG作为光敏剂应用于肿瘤治疗的可能性。方法:采用紫外-可见吸收光谱法,研究储存时间及激光照射等因素对ICG和Ti O2-GO/ICG稳定性的影响;并以荷瘤小鼠为模型,静脉注射后,利用小动物活体成像仪观察Ti O2-GO对ICG体内分布的影响。结果:Ti O2-GO可以有效增强ICG在常温储存以及近红外激光照射下的稳定性;作为纳米材料,Ti O2-GO可显著改善ICG在体内的分布,增强其在肿瘤部位的蓄积。结论:Ti O2-GO可通过增强ICG稳定性及肿瘤部位蓄积提高其光疗效果。

镍铜纳米线-氧化石墨烯复合磁性催化剂的制备及其性能

相对于贵金属催化剂,催化效率较低和循环使用性能不佳,是限制非贵金属催化剂在处理含硝基芳烃类的有机废水及工业生产对氨基苯酚等多相催化领域应用的关键因素,因此开发高效且可循环使用的非贵金属催化剂是当务之急。采用磁场辅助-液相还原-金属置换法,先在氧化石墨烯(GO)水溶胶体系中自组装制备氧化石墨烯与镍纳米线(Ni-NWs)的原位复合物Ni-NWs@GO,再利用原电池反应于液相条件下在前驱体Ni-NWs@GO的表面通过金属置换负载上活性金属铜(Cu),制备了一种磁性纳米催化剂镍铜纳米线-氧化石墨烯(Ni&Cu-NWs@GO),并以催化还原对硝基苯酚为对氨基苯酚为反应模型考察了其催化性能。结果表明:优化条件下制备的Ni&Cu-NWs@GO复合材料平均直径约为90nm,平均长度大于2μm,比表面积为11.36m^(2)/g;将其用于催化还原对硝基苯酚反应时,催化效率达到98.29%,质量反应速率常数为5.81mg-1·min-1,循环反应十圈后催化反应转化率超过82%,综合性能明显优于参照催化剂(市售雷尼镍)。

Pd/石墨烯-碳催化剂对甲醇氧化的电催化性能

以石墨烯纳米片(GNPs)-炭黑纳米级混合材料为载体,利用微波辅助合成法制备了Pd/GNPs-C电催化剂。采用TEM和XPS测试手段对其进行物相及微观结构表征。结果表明,炭黑颗粒附着于石墨烯纳米片表面或填充于石墨烯纳米片缝隙之间,Pd纳米粒子在混合载体上的分散性得到改善,平均粒径约为3.3nm。电化学测试结果表明,Pd/GNPsC催化剂电化学活性面积为38.7m2·g-1,分别为Pd/GNPs、Pd/C的2.87倍和1.68倍;甲醇在Pd/GNPs-C催化剂上的氧化电流密度峰值明显高于Pd/GNPs和Pd/C催化剂的电流密度峰值;甲醇在Pd/GNPs-C催化剂上氧化起始电位为-0.546V,动力学性能得到改进;Pd/GNPs-C催化剂在测试过程中衰减比例为68.8%,稳定性高于Pd/GNPs和Pd/C催化剂。Pd/GNPs-C催化剂对甲醇氧化具有较高的活性和稳定性。

铌酸锰-还原氧化石墨烯复合光催化剂的构建以及可见光下降解亚甲基蓝（英文）

通过水热法和光还原方法成功地制备了铌酸锰-还原氧化石墨烯复合光催化剂。这种复合光催化剂可以明显地提高光催化降解亚甲基蓝的光催化活性,降解效率在60 min内达到了78.2%,是单体铌酸锰降解效率的2倍。通过活性物质捕获实验的研究,增强的光催化性能可以归因于还原氧化石墨烯加速了光生电子-空穴的分离效率,进而解决了低光催化活性的问题。

基于石墨烯-氧化镍杂化物与二氧化钛纳米管协效阻燃环氧树脂的制备及研究

通过共沉淀法制备了石墨烯-氧化镍杂化材料,通过水热法制备了二氧化钛纳米管,然后利用溶液共混法制备了石墨烯-氧化镍/二氧化钛纳米管/环氧树脂纳米复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和透射电子显微镜(TEM)对纳米材料的结构和形貌进行表征;热重分析数据表明复合材料的热稳定性有所提高;锥形量热测试结果显示,将石墨烯-氧化镍杂化物与二氧化钛纳米管进行复配,加入环氧树脂中,可以有效降低材料的热释放速率峰值和总热释放。

石墨烯-富勒烯铵碘盐复合载体负载Pd催化剂的制备及电催化氧化乙醇性能

采用水合肼水热还原法制备了不同比例还原氧化石墨烯(RGO)与n型自掺杂富勒烯铵碘盐(PCBANI)的复合载体RGO-PCBANI,并在电极上用这些载体负载Pd纳米粒子制备了Pd/RGO-PCBANI电催化剂.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱(XPS)对RGO-PCBANI和Pd/RGO-PCBANI的形貌及结构进行了表征.利用循环伏安和计时电流等电化学方法研究了该催化剂电催化氧化乙醇的性能.结果表明,所制备的RGO-PCBANI(6∶1)载体的分散性较好,用其负载的Pd纳米粒子平均粒径为5. 2 nm,且Pd/RGO-PCBANI(6∶1)催化剂的催化活性最好,质量电流密度达到1288. 8 m A/mg.

可见光辐射下新型可循环石墨烯-铁酸铋杂化催化剂高效光催化降解氨氮（英文）

近年来,本课题组利用简单的一步水热法,将石墨烯和铁酸锰、铁酸镍进行掺杂,先后制备出石墨烯铁酸锰和活性炭铁酸镍纳米光催化材料,并发现在可见光辐射作用下,这两种光催化剂均能利用可见光能量催化分解过氧化氢产生活性因子,从而有效地降解氨.基于此,本文采用简单的水热法成功制备出新型的高效多相石墨烯铁酸铋(rG-BiFeO_3)催化剂,并尝试在不添加H_2O_2的条件下进行光降解氨氮实验.结果表明,该复合光催化剂仍可接受可见光辐射,在rG和BiFeO_3的协同作用下高效地光分解氨氮.由X射线衍射结果计算出rG-BiFeO_3的平均粒径约为18.5 nm.通过清晰的rG-BiFeO_3的透射电镜图可以观察到,BiFeO_3纳米颗粒物较均匀地分散在r G的二维表面上.对比BiFeO_3和rG-BiFeO_3的傅里叶变换红外光谱可以发现,rG和BiFeO_3之间可能形成了化学键.拉曼光谱结果表明,相对于纯的GO,rG-BiFeO_3拉曼谱线的D带和G带发生了蓝移,表明石墨烯铁酸铋复合材料中的GO被充分还原成石墨烯.对比BiFeO_3和rG-BiFeO_3的紫外-可见漫反射光谱发现,rG-BiFeO_3的漫反射光谱发生了红移,表明rG-BiFeO_3光催化材料对可见光的响应程度进一步提高.比表面积测定表明,BiFeO_3的比表面积为21.0 m^2/g,而rG-BiFeO_3催化剂的比表面积则增加到48.6 m^2/g,说明rG-BiFeO_3的吸附性能将得到很大提高.可见光催化反应结果表明,在不添加H2O2,p H=11的条件下,0.2 g rG-BiFeO_3对50 mg/L NH_3-N的降解率达到91.2%.动力学研究表明,BiFeO_3光催化剂氧化氨氮反应遵循一级反应动力学规律.另外,由于BiFeO_3纳米材料本身具有一定的弱磁性,所以BiFeO_3和r G的复合材料也具有一定的磁性,较易回收.催化剂经过7次循环使用后,仍然具有很高的光催化活性.根据已有文献报道,吸附在催化剂表面的氨氮被氧化的路径有两条:(1)氨在被氧化为NH_2,NH和N_2H_x+y(x+y=0,1,2)等一系列中间产物后,最终被分解为氮气;(2)氨被氧化为中间产物HONH_2,最终分解为硝酸盐和亚硝酸盐.本文利用紫外-可见分光光度计对rG-BiFeO_3光降解体系下的氨溶液进行了全波长扫描,在206和211 nm处未检测到任何吸光度,从而排除了氨氮最终分解产物为硝酸盐和亚硝酸盐的可能性.这意味着rG-BiFeO_3可见光降解氨体系符合第一种氧化路径.进一步的机理研究表明,反应过程中石墨烯与铁酸铋之间的协同作用所产生的空穴、超氧阴离子自由基和羟自由基共同将NH_3直接氧化成N_2,其中羟基自由基在整个氧化分解过程中起着最主要的作用.

氧化石墨烯/二氧化钛复合催化氧化处理中药制药洗涤废水研究

为了处理中药制药洗涤废水使用氧化石墨烯/二氧化钛,二氧化钛和氧化石墨烯3种催化剂直接投放其中,以确定处理制药废水时催化剂类别、处理时间和药剂投加量等适宜的反应条件。结果显表明:当投加复合催化剂氧化石墨烯/二氧化钛到制药废水中,其质量与废水中COD质量的比例为1.5和反应时间为120 min的条件下,对制药废水的处理效果趋于稳定,COD去除率到达73.6%,生化性B/C达到0.59。从数据可以看出,在本实验条件下氧化石墨烯/二氧化钛复合催化剂在处理本实验中药制药废水中具有最佳性能。

石墨烯/纳米二氧化钛/月桂酰-羧甲基壳聚糖电化学传感器对奶粉中痕量锌的测定

将壳聚糖改性成两亲性的月桂酰-羧甲基壳聚糖,并对其结构进行傅里叶变换红外光谱表征。以月桂酰-羧甲基壳聚糖作为原料,与石墨烯(graphene,GR)、纳米二氧化钛制成复合膜修饰玻碳电极(glassy carbon electrode,GCE),制备了一种电化学传感器(GR/TiO_2/LA-CMCS/GCE),研究了锌离子在修饰电极上的电化学行为。通过交流阻抗法(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)、循环伏安法(cyclic voltammetry,CV)和线性伏安法(linear sweep voltammetry,LSV)对传感器的电化学特性作了表征,研究了电解质溶液、pH、扫描速度、富集电位和富集时间对锌离子电化学行为的影响。结果表明:锌离子的峰电流与其浓度在2.0×10^(-8) mol/L^4.0×10^(-4) mol/L范围内成良好的线性关系,线性方程为I(μA)=-1.189+0.467 9c(μmol/L),相关系数为0.998 3。该传感器具有良好的重现性、稳定性和抗干扰性,并用此传感器对奶粉样品中痕量锌进行测定,测定结果与火焰原子吸收光谱法结果一致。

石墨烯/二氯化镁负载钛系齐格勒-纳塔催化剂制备及其乙烯聚合性能（英文）

石墨烯自2004年发现以来,由于其独一无二的优异性迅速成为科学家们的研究热点.由于石墨烯具有极其优异的电学、力学和热学等性能,因此被广泛应用于高性能聚合物基复合材料的制备.众所周知,纳米填料在聚合物中的分散状态以及与基体间的界面作用是构筑高性能聚合物纳米复合材料的关键因素.由于石墨烯极易团聚,难以通过传统的熔融共混法制备均匀分散的石墨烯增强-聚烯烃纳米复合材料.另一方面,聚烯烃通常需要在较高温度下才能溶于部分有毒溶剂(如:三氯苯和二甲苯等),因此溶液共混法也不适用于聚烯烃-石墨烯纳米复合材料的制备.有鉴于此,本文开发了一种共沉积法制备石墨烯/二氯化镁负载钛系齐格勒-纳塔催化剂的路线.通过原位聚合直接制备出石墨烯均匀分散的聚烯烃/石墨烯纳米复合材料.考察了石墨烯的加入量对催化剂形态及其催化乙烯聚合行为的影响.当石墨烯加入量较低时,多个石墨烯片被包裹于较大的催化剂粒子中.随着石墨烯加入量的增加,催化剂趋向于在石墨烯表面聚集.继续增加石墨烯量将导致石墨烯包裹催化剂粒子,降低过渡金属钛的负载效率.通过三乙基铝活化后,所制备的催化剂具有非常高的乙烯催化活性,所生成的聚乙烯/石墨烯纳米复合材料复制了催化剂的片状结构.同时,通过对所制备的聚乙烯/石墨烯纳米复合材料进行电子显微镜和X射线衍射分析可知,石墨烯均匀分散于聚乙烯基体中,并且没有任何团聚现象发生.该复合材料的热重分析表明,仅加入非常少量的石墨烯就可以使其具有比纯聚乙烯更高的热稳定性,当石墨烯加入量为0.66 wt%时,其5 wt%热分解温度较纯聚乙烯升高了54℃.同时,所制备聚乙烯/石墨烯纳米复合材料具有更优异的机械性能.因此,本研究提供了一个简单高效的高性能聚烯烃/石墨烯纳米复合材料的制备方法.

二氧化钛—氧化石墨烯复合物去除水中有机污染物的性能研究

采用水热法制备了二氧化钛—氧化石墨烯复合物(TiO_2-GO)。X射线衍射花样表明:TiO_2具有锐钛矿结构,透射电子显微镜显示TiO_2纳米粒子均匀分散在GO片层上。在去除水中有机污染物方面:与GO相比,TiO_2纳米粒子的存在可抑制GO的团聚,保证了TiO_2-GO对污染物的强吸附性;与单一TiO_2纳米粒子相比,GO的引入增强了TiO_2-GO对可见光的吸收,提高了TiO_2-GO复合物对污染物的吸附,并且GO与TiO_2之间的相互作用使TiO_2-GO表现出与TiO_2纳米粒子不同的光降解机制。

石墨烯基贵金属催化剂的制备及其对锂-氧气电池性能的影响

锂-氧气电池作为一种拥有超高理论比能量密度的新型电池体系,在电动汽车领域具有良好的应用前景。通过改进的Hummers法和热膨胀法制备还原氧化石墨烯,再由浸渍还原法分别负载不同的贵金属Ru、Ir、Au、Ag,研究石墨烯基不同贵金属催化剂对锂-氧气电池性能的影响作用。研究结果表明,具有较高氧析出催化活性的Ru/RGO和Ir/RGO催化剂的锂-氧气电池的可逆性能与充放电循环稳定性优于采用Ag/RGO和Au/RGO催化剂的锂/氧气电池。