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石墨烯基光催化氧化具有非常良好的光学特性

 发布时间:2021-06-15 点击量:181

石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp2杂化轨道成键,并有如下的特点:碳原子有4个价电子,其中3个电子生成sp2键,即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子,近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键,新形成的π键呈半填满状态。研究证实,石墨烯中碳原子的配位数为3,每两个相邻碳原子间的键长为1.42×10-10米,键与键之间的夹角为120°。除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外,每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键(与苯环类似),因而具有优良的导电和光学性能。石墨烯和TiO2之间的复合使具有优良特性的纳米模块连接起来,大大提高其光生载流子的传递效率,尤其是硼掺杂石墨烯不仅可以传输电子还可以传输空穴。然而,单纯掺杂石墨烯以及团聚态的复合仍然难以实现复合材料表面电子和空穴的定向转移。

石墨烯尺寸的减小可以提高其费米能级,使电子的还原能力增强。然后,课题组在制得的硼掺杂石墨烯纳米带表面继续负载TiO2纳米颗粒,经过剧烈搅拌与超声处理以后,石墨烯纳米带被进一步剪切成尺寸更小的纳米片结构,其电子还原能力大大增强。这样,所制备的TiO2复合硼掺杂石墨烯纳米片结构即具有高的氧化降解有机污染的能力,又同时具备高的光还原CO2的能力。

采用氧化还原的化学方法将石墨制备成氧化石墨烯和还原的氧化石墨烯(reduced Graphene Oxide,rGO),并对其运用了电镜等多种实验手段进行材料分析表征。采用溶液混合法分别制备了不同比例的ZnO-GO以及ZnO-GO-Pd的复合材料,并对其进行了系统的表征以及讨论了不同比例和不同材料对染料光催化性能的影响。这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象,使石墨烯具有高导电率,优良的电子迁移速率,更大的比表面积等特性。因此,石墨烯一直被视为能够合成功能性复合材料的重要材料之一。