一种石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯?γ?钼酸铋纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将石墨烯，硝酸铋和乙二醇一起溶剂热反应，再经过滤、洗涤、烘干得石墨烯?乙二醇铋复合物；2)将所得复合物均匀分散在钼酸钠水溶液中，调节所得溶液体系的pH值为0?3，然后进行水热反应，再经过滤、洗涤、烘干得石墨烯?γ?钼酸铋纳米复合材料。本发明以石墨烯、硝酸铋、钼酸钠，乙二醇为主要原料，采用溶剂热法和水热法相结合制备出石墨烯?γ?钼酸铋纳米复合材料，本法涉及的制备工艺设备简单、反应条件温和、能耗小，工艺新颖，制备的纳米复合材料比表面积大，可见光光催化性能优异。
【专利说明】
一种石墨烯-γ -钼酸铋纳米复合材料及其制备方法和应用
技术领域
[0001 ]本发明属于环保新材料领域，具体涉及一种石墨烯-γ -钼酸铋纳米复合材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]环境污染的严重性，已成为一个直接威胁人类生存，亟需解决的焦点问题。光催化技术作为绿色化学的一个分支，该技术能使环境中的有机污染物发生氧化分解反应，最终降解为C02、水和无机离子等小分子物质，无二次污染、降解程度高，被认为是最有前景的污染处理方法。但传统的T12光催化剂，带隙宽，主要吸收紫外光，只能利用太阳光中的紫外光，对太阳光的利用率低。开发能利用可见光光催化的纳米新材料作为高催化活性、能充分利用太阳光的光催化剂，是控制环境污染最具前景的方法之一。因此开发设计新型高效、稳定和可见光响应的半导体光催化剂是当前光催化研究的热点。
[0003]纳米γ -钼酸铋(Bi2MoO6)是近几年兴起的、受到广泛关注度一种可见光半导体催化剂，它在可见光下具有良好的光催化活性，可用于降解环境有机污染物、光催化制氧和光催化还原二氧化碳等。但其主要缺点是铋系半导体光催化剂均存在光生电子-空穴容易再结合，极大地限制了铋系光催化剂的大规模应用。因此，必须采取一定的措施来提高光生电子迀移效率，有效限制电子空穴再结合。石墨烯是一种高效的电子受体材料，其与γ-钼酸铋(Bi2MoO6)半导体复合有利于提高光照下电子-空穴的分离效率，降低电子空穴再结合，从而提高复合材料的光催化活性，因此石墨烯-γ -钼酸铋纳米复合材料具有比单纯纳米γ -钼酸铋更高的光催化效率。开发一种工艺简单的石墨烯-γ -钼酸铋纳米复合材料的制备方法具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料及其制备方法，该方法涉及的工艺设备简单、反应条件温和、能耗小，制备的石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料比表面积大，可见光光催化性能优异。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种石墨烯-Y-钼酸铋纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤:1)将石墨烯，硝酸铋和乙二醇一起溶剂热反应，再经过滤、洗涤、烘干得石墨烯-乙二醇铋复合物;2)将所得复合物均匀分散在钼酸钠水溶液中，调节所得溶液体系的PH值为0-3，然后进行水热反应，再经过滤、洗涤、烘干得石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料。
[0006]按上述方案，所述石墨烯为硝酸铋质量的0.5-5%。
[0007]按上述方案，所述硝酸铋在乙二醇中的浓度为10-100g/L。
[0008]按上述方案，所述溶剂热反应条件为:加热至160_180°C保温反应2-24小时，然后自然冷却至室温。
[0009]按上述方案，所述钼酸钠与石墨烯-乙二醇铋复合物的质量为(0.35-0.5):1。
[0010]按上述方案，所述钼酸钠水溶液的浓度为20-100g/L。
[0011]按上述方案，所述水热反应条件为加热至150-200°C保温反应1-24小时。
[0012]按上述方案，步骤I)所述烘干温度为80-100°C ;步骤2)所述烘干温度为80-120°C。
[0013]上述所述制备方法制得的石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料，其为纳米晶片状，晶片厚度为10_40nm，比表面积为30-60m2/go
[0014]所述的石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料作为光催化材料的应用。
[0015]本发明的机理:由于石墨烯具有单层二维结构，高导电性，优良的电子迀移率和极高的比表面积等特性，使其可以构筑半导体-石墨烯异质结来增强可见光催化活性。负载的石墨烯有利于电子的转移和存储，与γ -钼酸铋材料复合后能有效转移光生载流子，抑制光生电子-空穴对的复合，同时提供大的比表面积，改善的石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合催化剂的光催化活性，并且石墨烯边界处的含氧功能团对有机物污染物有强吸附性，也能增强复合材料的光催化活性。
[0016]本发明的有益效果为:本发明以石墨烯、硝酸铋、乙二醇、钼酸钠为主要原料，采用溶剂热和水热法制备石墨烯-γ -钼酸铋纳米复合材料，得到的复合材料化学成分均一，石墨烯高度分散，由于石墨烯具有高的电子接受能力，γ-钼酸铋复合材料在光催化时，电子-空穴分离率高，光催化效果比复合相比显著提高。同时本制备工艺设备简单、反应条件温和、能耗低。
【具体实施方式】
[0017]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
[0018]以下实施例如无具体说明，采用的试剂市售化学试剂或工业产品。
[0019]实施例1
[0020]石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0021 ] I)将10g硝酸铋溶于IL乙二醇中，然后加入0.5g石墨烯粉搅拌混合均匀，得到稳定悬浊液，将此溶液转移到容积为2L的高压釜中，加热至160 °C并保温24小时;待反应釜冷却至室温，过滤并用乙醇洗涤3次，然后在80 0C下干燥12小时，得石墨烯-乙二醇铋粉体；
[0022]2)取25g钼酸钠溶于250ml去离子水中，再将I)中制备石墨烯-乙二醇粉末50g加入上述钼酸钠水溶液中，超声波震荡搅拌使其分散均匀，用浓硝酸和浓盐酸调节溶液PH值至0-3之间，然后将所得混合液转移至容积为500mL的高压釜中，升温至200°C保温I小时，待反应釜冷却至室温，过滤后用去离子水和乙醇洗涤5次，再在WOtC下干燥4小时，得石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料。
[0023]本实施例所得产物γ-钼酸铋纳米晶片平均厚度为10nm，比表面积为60m2/g，在浓度1.0g/L时，可见光照射下能在30min内完全降解0.02g/L罗丹明。
[0024]实施例2
[0025]石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0026]I)将50g硝酸铋溶于IL乙二醇中，然后加入2.5g石墨烯粉搅拌混合均匀，得到稳定悬浊液，将此溶液转移到容积为2L的高压釜中，加热至180 °C并保温2小时;待反应釜冷却至室温，过滤并用乙醇洗涤3次，然后在80 0C下干燥6小时，得石墨烯-乙二醇铋粉体；
[0027]2)取4g钼酸钠溶于200ml去离子水中，再将I)中制备石墨烯-乙二醇铋粉末1g加入上述钼酸钠水溶液中，超声波震荡搅拌使其分散均匀，用浓硝酸和浓盐酸调节溶液PH值至0-3之间，然后将所得混合液转移至容积为500mL的高压釜中，升温至150°C保温24小时，待反应釜冷却至室温，过滤后用去离子水和乙醇洗涤2次，再在80°C下干燥12小时，得石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料。
[0028]本实施例所得产物γ-钼酸铋纳米晶片平均厚度为12nm，比表面积为55m2/g，在浓度1.0g/L时，可见光照射下能在30min内完全降解0.02g/L罗丹明。
[0029]实施例3
[0030]石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0031]I)将50g硝酸铋溶于IL乙二醇中，然后加入2g石墨烯粉搅拌混合均匀，得到稳定悬浊液，将此溶液转移到容积为2L的高压釜中，加热至170°C并保温12小时;待反应釜冷却至室温，过滤并用乙醇洗涤3次，然后在100 0C下干燥4小时，得石墨烯-乙二醇铋粉体；
[0032]2)取3.5g钼酸钠溶于10ml去离子水中，再将I)中制备石墨烯-乙二醇铋粉末1g加入上述钼酸钠水溶液中，超声波震荡搅拌使其分散均匀，用浓硝酸和浓盐酸调节溶液PH值至0-3之间，然后将所得混合液转移至容积为200mL的高压釜中，升温至180°C保温12小时，待反应釜冷却至室温，过滤后用去离子水和乙醇洗涤3次，再在100°C下干燥12小时，得石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料。
[0033]本实施例所得产物γ-钼酸铋纳米晶片平均厚度为20nm，比表面积为40m2/g，在浓度1.0g/L时，可见光照射下能在30min内完全降解0.02g/L罗丹明。
[0034]实施例4
[0035]石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0036]I)将1g硝酸铋溶于IL乙二醇中，然后加入0.5g石墨烯粉搅拌混合均匀，得到稳定悬浊液，将此溶液转移到容积为2L的高压釜中，加热至160°C并保温24小时;待反应釜冷却至室温，过滤并用乙醇洗涤3次，然后在100 0C下干燥4小时，得石墨烯-乙二醇铋粉体；
[0037]2)取2.5g钼酸钠溶于10ml去离子水中，再将I)中制备石墨烯-乙二醇铋粉末5g加入上述钼酸钠水溶液中，超声波震荡搅拌使其分散均匀，用浓硝酸和浓盐酸调节溶液PH值至0-3之间，然后将所得混合液转移至容积为200mL的高压釜中，升温至200°C保温24小时，待反应釜冷却至室温，过滤后用去离子水和乙醇洗涤3次，再在100°C下干燥12小时，得石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料。
[0038]本实施例所得产物γ-钼酸铋纳米晶片平均厚度为40nm，比表面积为30m2/g，在浓度1.0g/L时，可见光照射下能在60min内完全降解0.02g/L罗丹明。
[0039]本发明所列举的各原料配比都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
【主权项】
1.一种石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤:1)将石墨烯，硝酸铋和乙二醇一起溶剂热反应，再经过滤、洗涤、烘干得石墨烯-乙二醇铋复合物;2)将所得复合物均匀分散在钼酸钠水溶液中，调节所得溶液体系的pH值为0-3，然后进行水热反应，再经过滤、洗涤、烘干得石墨烯-T -钼酸铋纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为硝酸铋质量的0.5-5%。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸铋在乙二醇中的浓度为10-100g/Lo4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应条件为:加热至160-180°C保温反应2-24小时，然后自然冷却至室温。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钼酸钠与石墨烯-乙二醇铋复合物的质量为(0.35-0.5):1。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钼酸钠水溶液的浓度为20-100g/L07.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应条件为加热至150-200°(:保温反应1_24小时。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤I)所述烘干温度为80-100°C;步骤2)所述烘干温度为80-120°C。9.权利要求1?8任一项所述制备方法制得的石墨稀-γ-钼酸祕纳米复合材料，其为纳米晶片状，晶片厚度为10-40nm，比表面积为30-60m2/g。10.权利要求9所述的石墨烯-γ-钼酸铋纳米复合材料作为光催化材料的应用。
【文档编号】C02F1/30GK105879855SQ201610268468
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】郭雅妮, 鲍世轩
【申请人】武汉工程大学