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一種納米紅磷/石墨烯復合光催化劑及其制備方法_2

文檔序號:9876917閱讀:來源:國知局
)、納米紅磷(NRP)以及實施例1-實施例4的不同添加量的石墨烯修飾的NRP樣品光催化RhB染料降解性能;
[0027]圖7B為NRP/G20樣品對RhB的光催化循環脫色實驗結果。
【具體實施方式】
[0028]以下的實施例便于更好地理解本發明,但并不限定本發明。下述實施例中的實驗方法,如無特殊說明,均為常規方法。
[0029]實施例1
[0030]—種納米紅磷/石墨烯復合光催化劑,以紅磷為基本原料,通過機械研磨法和超聲浮選法將紅磷納米化,將納米紅磷顆粒負載到石墨稀的表面,制得納米紅磷/石墨稀復合光催化劑,所述石墨烯的重量百分比為10wt%。
[0031 ]上述納米紅磷/石墨烯復合光催化劑的制備方法包括以下步驟:
[0032](I)制備納米級紅磷:通過機械研磨法和超聲浮選法來制備納米級紅磷:將1g商用紅磷在氮氣保護下400°C退火4小時,再將該紅磷通過球磨機中200r/Min研磨12h,研磨后的紅磷在乙醇中超聲分散,離心,去上層懸浮液80度干燥得到納米紅磷;
[0033](2)通過Hunmer法制備氧化石墨稀;
[0034](3)按照配比稱取步驟(2)所制得的氧化石墨烯,將稱量好的氧化石墨烯與納米紅磷超聲分散在60mL水中,完全分散后,氙燈下照射2h,離心,水洗,干燥得納米紅磷/石墨烯復合光催化劑。
[0035]實施例2
[0036]—種納米紅磷/石墨稀復合光催化劑,以紅磷為基本原料,通過機械研磨法和超聲浮選法將紅磷納米化,將納米紅磷顆粒負載到石墨稀的表面,制得納米紅磷/石墨稀復合光催化劑,所述石墨烯的重量百分比為20wt%。
[0037]上述納米紅磷/石墨烯復合光催化劑的制備方法包括以下步驟:
[0038](I)制備納米級紅磷:通過機械研磨法和超聲浮選法來制備納米級紅磷:將1g商用紅磷在氮氣保護下400°C退火4小時,再將該紅磷通過球磨機中200r/Min研磨12h,研磨后的紅磷在乙醇中超聲分散,離心,去上層懸浮液80度干燥得到納米紅磷;
[0039](2)通過Hunmer法制備氧化石墨稀;
[0040](3)按照配比稱取步驟(2)所制得的氧化石墨烯,將稱量好的氧化石墨烯與納米紅磷超聲分散在60mL水中,完全分散后,氙燈下照射2h,離心,水洗,干燥得納米紅磷/石墨烯復合光催化劑。
[0041 ] 實施例3
[0042]—種納米紅磷/石墨稀復合光催化劑,以紅磷為基本原料,通過機械研磨法和超聲浮選法將紅磷納米化,將納米紅磷顆粒負載到石墨稀的表面,制得納米紅磷/石墨稀復合光催化劑,所述石墨烯的重量百分比為30wt%。
[0043]上述納米紅磷/石墨烯復合光催化劑的制備方法包括以下步驟:
[0044](I)制備納米級紅磷:通過機械研磨法和超聲浮選法來制備納米級紅磷:將1g商用紅磷在氮氣保護下400°C退火4小時,再將該紅磷通過球磨機中200r/Min研磨12h,研磨后的紅磷在乙醇中超聲分散,離心,去上層懸浮液80度干燥得到納米紅磷;
[0045](2)通過Hunmer法制備氧化石墨稀;
[0046](3)按照配比稱取步驟(2)所制得的氧化石墨烯,將稱量好的氧化石墨烯與納米紅磷超聲分散在60mL水中,完全分散后,氙燈下照射2h,離心,水洗,干燥得納米紅磷/石墨烯復合光催化劑。
[0047]實施例4
[0048]—種納米紅磷/石墨烯復合光催化劑,以紅磷為基本原料,通過機械研磨法和超聲浮選法將紅磷納米化,將納米紅磷顆粒負載到石墨稀的表面,制得納米紅磷/石墨稀復合光催化劑,所述石墨烯的重量百分比為40wt%。
[0049]上述納米紅磷/石墨烯復合光催化劑的制備方法包括以下步驟:
[0050](I)制備納米級紅磷:通過機械研磨法和超聲浮選法來制備納米級紅磷:將1g商用紅磷在氮氣保護下400°C退火4小時,再將該紅磷通過球磨機中200r/Min研磨12h,研磨后的紅磷在乙醇中超聲分散,離心,去上層懸浮液80度干燥得到納米紅磷;
[0051 ] (2)通過Hunmer法制備氧化石墨稀;
[0052](3)按照配比稱取步驟(2)所制得的氧化石墨烯,將稱量好的氧化石墨烯與納米紅磷超聲分散在60mL水中,完全分散后,氙燈下照射2h,離心,水洗,干燥得納米紅磷/石墨烯復合光催化劑。
[0053]實驗結果
[0054]圖1為納米紅磷以及不同添加量石墨烯修飾的NRP樣品的SEM形貌,從圖1A中可以得知,大量的粒徑小于10nm的紅磷顆粒堆積在一起,并且從圖1A中,不能觀察到粒徑大于微米級別的顆粒,表明通過本發明中的機械研磨和超聲浮選法可以將商用紅磷的粒徑減小到納米級別。圖1B為實施例1的納米紅磷/石墨烯復合光催化劑(即石墨烯的添加量為I Owt %的納米紅磷/石墨烯復合光催化劑,以下簡稱為NRP/G 1)樣品的SEM形貌。從圖1B中除了可以觀察到大量納米顆粒外,還可以觀察到出現了少量的片狀物質,說明石墨烯已經復合到NRP中。圖1C為實施例2的納米紅磷/石墨烯復合光催化劑(即石墨烯的添加量為20wt %的納米紅磷/石墨烯復合光催化劑,以下簡稱為NRP/G 20)樣品的SEM形貌。對比圖1C和圖1B可以發現,隨著石墨烯添加量的提升紅磷納米顆粒表面出現了一層包覆物質,說明增加石墨烯的復合量可以形成均勻的NRP/G擔載結構。圖1D為NRP/G 40(即石墨烯的添加量為40wt %的納米紅磷/石墨烯復合光催化劑,以下簡稱為NRP/G 40)樣品的SEM形貌,從圖1D的結果可以得知,隨著石墨烯添加量的進一步提升,紅磷顆粒已經被厚的石墨烯層所覆蓋,因此只能觀察到少量的紅磷顆粒裸露在復合材料的表面。
[0055]為了進一步測試復合材料中的元素分布,我們對NRP/G20樣品進行了元素分布測試(element mapping),相關結果如圖2所示。選取了圖2A中的框線標記區域進行元素分布測試(element mapping)。通過測試發現,該區域分布著P元素和C元素,這符合NRP/G 20樣品的元素組成,說明紅磷和石墨烯確實發生了復合。
[0056]為了進一步表征石墨烯和紅磷間的微觀結構,通過透射電子顯微鏡(TEM)對實施例2的納米紅磷/石墨烯復合光催化劑(NRP/G 20)樣品進行了測試,相應的測試結果如圖3A-圖3D所示。圖3A為NRP/G 20樣品的低倍TEM形貌圖,從圖3A可以觀察到大量的片狀物質存在,同時在這些片狀物質表面分布著其他的材料。為了觀察到NRP/G 20樣品的微觀分布結構,選擇圖3A中局部位置進行了放大,相應結果如圖3B所示,從圖3B中可以明顯觀察到大量微小的紅磷顆粒均勻分散在片狀的石墨烯結構上,形成了擔載型的復合結構。圖3C為NRP/G 20樣品在較高放大倍數下的TEM形貌圖,從該圖片中可以觀察到紅磷的粒徑主要分布10nm以下,只有少量的紅磷顆粒粒徑介于100到200nm之間,該結果可以證實本發明的實驗手段可以制備的納米級別的紅磷顆粒。圖3D為圖3C的局部放大TEM形貌,從該結果中可以得知,納米紅磷(NRP)和石墨稀(graphene)可以發生緊密的接觸,這可能是是由于石墨稀表面存在的氧化殘鍵和紅磷表面的微量氧化基團發生了結合,因而可以將二者緊密結合在一起,形成優良的電子傳輸界面。
[0057]圖4為NRP/G20樣品的XPS結果,通過XPS的測試,需要得到該樣品的元素成分信息以及各個元素表面化學狀態信息。圖4A為NRP/G 20樣品的測量結果,從該圖中可以得知該樣品由P、C、0三種元素組成。圖4B為C Is的XPS結果,從該結果中可以得知284.5eV對應著石墨烯的C-C鍵特征峰,286.6eV對應著C-O峰,說明石墨烯并非被完全還原,表面依然存在一定的C-O殘鍵。圖4C為P 2p的XPS結果,其中130.2eV對應著NRP的特征峰,134.5eV對應著NRP表面的氧化基團特征峰,表明NRP表面存在一定的氧化殘鍵。圖4D為O I s的XPS結果,對該結果進行分峰后可以得知,532.5eV處的出峰對應著O-
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