RGO/Ag2O/Fe3O4三元复合材料的制备及光催化性能研究

摘要

光催化技术的实质是利用太阳能进行化学催化反应，是一种低成本，高效率的绿色未来技术。但是，受制于光催化材料本身能带窄、光催化效率低、难以回收等特性，光催化材料没有大规模的工业应用。本课题设计并制备出RGO/Ag2O/Fe3O4复合材料，此材料既能在可见光下进行光催化，又能实现外加磁场下的磁回收。具体的内容如下:
　　采用不同铵根溶液制备银氨溶液，通过简单的离子交换法得到出立方体、八面体和多面体三种不同形貌的纳米Ag2O光催化剂。结合XRD、SEM、UV-vis等表征手段对材料进行了分析，结果表明纳米Ag2O粒子结晶度好，纯度高。对于目标有机染色剂甲基橙进行模拟的可见光下光催化性能试验，发现立方体Ag2O的光催化性能最好，在70min左右对于甲基橙的降解率可以达到95％，且具有较好的稳定性。结合重复实验后的材料XRD分析，对于Ag2O-Ag自稳定体系的机理进行了探讨。
　　采用水热法制备了具有超顺磁性的Fe3O4，对Fe3O4进行了巯基化修饰，并将纳米Ag颗粒负载于其表面。采用水热法制备了RGO/Ag2O、RGO/Ag、RGO/Fe3O4二元材料，并采用XRD、XPS、TEM、SEM、VSM等测试方法对材料进行了分析。结果表明，醇溶剂在一定温度下可以部分还原氧化石墨，水热法能使粒子比较均匀地负载于石墨烯表面。
　　采用两步水热法，制备了RGO/Ag2O/Fe3O4三元复合材料，并对材料进行了XRD、SEM、TEM、Raman、VSM、AFM等分析测试。结果表明，Ag2O以及Fe3O4成功得负载在还原石墨烯表面，三元材料的磁饱和强度为39.2emu.g-1，可以进行有效地磁回收。对三元材料进行光催化降解甲基橙的实验，由于石墨烯高的比表面积和良好的电子传导能力使三元材料有更好得吸附能力、更快的催化速率。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 光催化技术

1．2．1 光催化技术的发展

1．2．2 光催化的原理

1．3 磁性光催化材料的发展

1．4 银基纳米光催化剂

1．4．1 显影技术

1．4．2 Ag/AgCl光催化剂

1．4．3 Ag3PO4光催化剂

1．4．4 Ag2O光催化剂

1．5 石墨烯材料在光催化方向的应用

1．6 本文研究内容

2 氧化银纳米光催化材料的制备及表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂及主要仪器

2．2．2 立方体Ag2O纳米的制备

2．2．3 八面体Ag2O纳米的制备

2．2．4 多面体Ag2O纳米的制备

2．2．5 Ag2O纳米制备原理

2．2．6 Ag2O纳米光催化降解甲基橙

2．2．7 实验分析表征手段

2．3 结果与讨论

2．3．1 Ag2O纳米的物相分析

2．3．2 Ag2O纳米的形貌表征

2．3．3 Ag2O纳米的光催化实验

2．3．4 Ag2O光催化机理及其稳定性

2．4 本章小结

3 纳米Fe3O4磁核的制备及其巯基化负载

3．1 实验部分

3．1．1 实验试剂及主要仪器

3．1．2 纳米四氧化三铁的制备

3．1．3 四氧化三铁的巯基化

3．1．4 四氧化三铁巯基化负载银颗粒纳米粒子的制备

3．1．5 实验分析表征手段

3．2 结果与讨论

3．2．1 样品的物相分析

3．2．2 样品的形貌表征

3．2．3 样品的磁性能表征

3．2．4 巯基化负载的机理

3．3 本章小结

4 RGO／Ag2O／Fe3O4三元复合材料的制备及其表征

4．1 实验部分

4．1．1 实验试剂及主要仪器

4．1．2 还原石墨烯的制备

4．1．3 RGO／Ag二元复合材料的一步水热法制备

4．1．4 RGO/Fe3O4磁性二元复合材料的制备

4．1．5 RGO/Ag2O二元复合材料的制备

4．1．6 RGO／Ag2O／Fe3O4三元复合材料的制备

4．1．7 RGO／Ag2O／Fe3O4与RGO／Ag2O复合材料光催化实验

4．1．8 实验分析表征手段

4．2 结果与讨论

4．2．1 RGO／Ag二元材料的表征

4．2．2 RGO／Ag二元材料的形成机理

4．2．3 材料的物相表征

4．2．4 材料的形貌表征

4．2．5 三元材料的SEM及EDS表征

4．2．6 RGO／Ag2O二元复合材料的XPS表征

4．2．7 材料的拉曼光谱分析

4．2．8 材料的VSM表征

4．2．9 三元材料的TG表征

4．2．10 三元材料的AFM表征

4．2．11 材料的光催化性能测试

4．2．12 三元材料的形成机理及其光催化机理

4．3 本章小结

5 总结

5．1 全文总结

5．2 创新点

5．3 未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况