石墨烯基铁氧化物磁性材料的制备及在水处理中的吸附性能

石墨烯及其衍生物氧化石墨烯均有良好的物理和化学性质,其巨大的表面积和丰富的官能团使其成为良好的吸附材料。石墨烯基磁性材料则综合了石墨烯的吸附能力和磁性材料易分离的特性,是水处理过程中具有巨大应用潜力的吸附材料。本文在论述了石墨烯、氧化石墨烯及铁氧化物磁性材料对水体中的重金属离子、有机染料及含苯环的芳香类污染物的吸附富集性能的基础上,重点介绍了石墨烯基铁氧化物磁性材料的不同合成方法及复合材料在水处理中去除污染物的能力,探讨了复合材料在水处理中的应用前景。     

CdS/石墨烯纳米复合材料的超声化学法制备及光催化性能

采用超声化学法制备了CdS/石墨烯纳米复合材料,通过TEM、FE-SEM、XRD、UV-Vis等对该复合材料的结构、形貌及其光学和可见光光催化性能进行了表征。结果表明,超声化学法不仅合成过程简单,而且石墨烯表面所负载的CdS纳米粒子尺寸小、分散性好,与石墨烯的结合牢固。由于石墨烯优异的吸附性能和对载流子的高迁移率,CdS/石墨烯纳米复合材料显示出较高的可见光光催化性和光稳定性,30 min内甲基橙的降解率即可达到90%以上,且3次重复实验过程中光催化效果接近。     

碳纳米管在水处理材料领域的应用*

碳纳米管是国内外广泛关注的一类碳材料,近年来逐渐成为水处理材料领域的一个研究热点。本文就碳纳米管在水处理材料领域应用研究进展作综合论述,介绍了基于碳纳米管水处理材料改性和制备方法,总结了碳纳米管用于水处理吸附材料、光催化降解复合材料、吸附材料载体以及湿式氧化催化剂载体等方面的研究进展,分析了碳纳米管作为吸附材料、吸附材料/催化材料载体以及碳纳米管用于光催化降解复合材料的原理。     

三维(3D)石墨烯及其复合材料的应用

三维（3D）石墨烯通常是指具有3D结构的二维（2D）石墨烯组装体,是近年来石墨烯化学领域的新型功能性材料。将2D石墨烯片整合成具有3D结构的组装体可以有效调控石墨烯的电学、光学、机械、化学和催化特性,因此3D石墨烯材料不仅具有石墨烯固有的理化性质,其三维多孔的微/纳米结构还使其兼具比表面积大、机械强度高、电子传导能力优越及传质快速等优良特性。这些独特的性质使3D石墨烯及其复合材料在材料科学领域备受关注。研究发现,3D石墨烯及其复合材料应用于纳米电子学、能量储存和转换、化学和生物传感等研究领域均表现出优越的性能。本文结合当前研究热点,综述了3D石墨烯及其复合材料在催化、储氢/气体吸附、传感器、环境修复、超级电容器等领域中的应用进展,并简要评述目前3D石墨烯材料应用中所面临的挑战及发展前景。     

TiO2/氧化石墨烯光催化降解亚甲基蓝性能研究

理想的石墨烯具有二维平面结构,其具有良好的机械性能、热导率、高电子迁移率和量子霍尔效应。本文以改进的Hummers法制得氧化石墨烯(Graphene Oxide),超声处理和水热法制备了氧化石墨烯(GO)负载量分别为1.0 wt%、1.5 wt%,2.0 wt%,2.5 wt%的TiO_2/GO复合材料,并通过XRD、TEM等表征手段观察了复合材料的晶相和结构,探讨光催化降解亚甲基蓝性能。结果表明:较之TiO_2,复合材料均具有更大的表面积、更好的亲水性和更强的光催化性能;反应浓度均为2 g·L~(-1)的复合材料,光催化降解10 ppm亚甲基蓝,氧化石墨烯负载量为1.5 wt%的TiO_2/GO复合材料,1 h光催化降解率可达86%,效果最佳。TiO_2/GO复合材料吸附容量大,稳定性良好,能够高效光催化降解偶氮型染料,有望在进一步改良性能后广泛应用于降解工业废水领域。     

石墨烯气凝胶吸附剂的制备及其在水处理中的应用

石墨烯气凝胶(GA)是以石墨烯为主体的三维互联的多孔网络结构,因其具有优良的结构可控性、极大的比表面积、独特的空间互联结构、良好的电子传输能力成为水处理中应用的理想材料。至今已经有大量制备GA的方法,其性能和结构因制备方法的不同差异很大,但是尚未有文献系统地报道GA的制备机理和不同方法与GA结构及性能之间的联系。本文系统性地介绍GA吸附剂的制备方法与它在水处理中的应用并进行展望。对GA的结构特性尤其是与吸附有关的特性以及结构和吸附之间的关系进行分析,并通过对GA的制备机理和制备过程中的关键因素进行归纳,基于GA的制备机理将其制备方法进行分类(模板法、垫片支撑法、自支撑法、基面法和凝胶法)并对五种方法进行了详细介绍,对目前GA在水处理技术中(吸附、光催化、去离子电容等)去除重金属和有机污染物相关应用和机理进行综述,最后对目前GA在环境中应用中存在的问题及研究前景进行了总结和展望。     

石墨烯/有机物复合吸附剂的设计及其在水处理中的应用

当今,资源和能源极度紧缺,改良传统吸附剂,开发高效、低成本、高性能的复合吸附剂成为一大研究课题。石墨烯/有机物复合吸附剂结合了无机材料石墨烯和有机材料的优势,在水处理吸附领域有着广阔的应用前景。目前有关石墨烯/有机物复合吸附剂的设计思路、合成方法及其在水处理中的应用缺少相关的综述。因此,本文对近些年在石墨烯/有机物复合吸附剂的制备及其应用等方面取得的进展进行了综述,探讨和分析了不同类型石墨烯/有机物复合吸附剂的性能以及存在的问题,对其发展方向进行了展望,为后续开展石墨烯/有机物复合吸附剂的相关研究及应用提供了参考。     

金属改性煤基石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

石墨烯由于其大的比表面积和良好的电子传输特性,在光催化领域具有巨大的应用潜力。本文通过水热法原位合成制备得到CuO/TiO₂/煤基石墨烯复合材料（CTG）,采用XRD、SEM、TEM等手段对样品结构、形貌等进行了表征和分析;进而以CuO/TiO₂/煤基石墨烯复合材料为光催化剂,在可见光条件下还原CO₂制备甲醇以考察其光催化性能。结果表明,CuO/TiO₂/煤基石墨烯复合材料具有良好的光催化活性,当其中Cu的负载量为2%（质量分数）时,目标产物甲醇的产率最高可达94.79 μmol/g.cat,为同样条件下单独采用煤基石墨烯作为光催化剂时甲醇产率的5倍。     

石墨烯基复合材料对污水净化的研究进展*

石墨烯基复合材料具有较大的比表面积、较高的表面能,对污染物具有较强的吸附能力,可用于去除水中的污染物,从而达到净化污水的目的。本文综述了几种石墨烯基复合材料的制备和其对水中化学类物质,如重金属离子、有机染料和其他污染物的吸附特性,并简述了溶液的酸度、接触时间和金属离子初始浓度等对石墨烯基复合材料吸附污染物的影响。     

二维MoS2纳米材料及其复合物在水处理中的应用

纳米材料和纳米技术的快速发展为水处理及资源化技术的开发带来了全新的发展机遇,作为一种典型的类石墨烯结构的二硫化钼以其层状结构和独特的物理化学性能在众多纳米材料中受到重点关注。本文梳理和归纳了二维二硫化钼纳米材料及其复合物在水处理中吸附、膜分离、催化、抗菌和检测等方面的应用,重点介绍了其在吸附和膜分离方面的研究进展,以实现对水中各种离子、染料、抗生素、致病菌等多种环境污染物的高效去除。最后,对二硫化钼及其复合物在水处理中的应用作出了评价,探讨其未来发展方向以及面临的挑战,以期为解决水环境污染和水资源紧缺等问题提供一种新型的材料和技术手段。     

电化学法绿色快捷制备石墨烯及其复合材料

石墨烯及其复合材料具有优异的物理和化学性能,在电子、能源、催化、医药以及生物传感等领域应用潜能巨大,因此探究高质量、高产量和规模化的制备方法对石墨烯基复合材料未来的开发和应用至关重要.电化学法是一种有望实现绿色规模化制备石墨烯及其复合材料的方法,本文作者综述了国内外电化学制备石墨烯及其复合材料的主要方法:阳极氧化、阴极还原、电化学还原、离子液体功能化、电沉积、电聚合等,并对其反应原理和主要影响因素进行了详细的分析和介绍,最后对其应用前景进行了深度的展望.     

分子印迹型二氧化钛及其复合材料的合成和应用

分子印迹技术是将分子设计、大分子合成、分子识别、生物模拟以及生物工程等技术的优点结合起来发展而成的一种新兴跨学科方法,所形成的分子印迹聚合物亲合性好、选择性和稳定性高。二氧化钛及其复合材料价格低廉、安全高效、绿色环保、光催化活性高,被广泛应用于光催化、光电转换等领域。二氧化钛及其复合材料形成的分子印迹聚合物稳定性高,光催化活性好,并且具有良好的选择性,能对低浓度、高毒性污染物进行选择性富集及光催化降解,拓宽了其应用范围。本文综述了近二十年来分子印迹型二氧化钛及其复合材料的制备方法及其在光催化降解、传感器构建以及其他领域的应用概况,并进行展望。     

毫纳结构复合材料的制备、协同效应及其深度水处理应用

纳米材料具有较高的比表面积和较强的表面效应,在水处理领域展现出优异的净污性能,具有广阔的应用前景。将纳米颗粒负载于毫米级载体中制备毫纳结构复合材料,可有机结合纳米颗粒的高反应活性与载体的良好操作性,是突破纳米材料易聚团失活、难分离、稳定性差、潜在环境风险等工程应用瓶颈并实现规模化应用的重要技术手段。本文综述了毫纳结构复合材料的制备方法、结构特性及其在吸附和催化氧化除污性能及机制方面的研究进展,并从纳米颗粒的限域生长、限域吸附特性和限域催化氧化特性等方面阐述限域效应及载体-纳米颗粒的协同净污效应。最后,针对目前毫纳结构复合材料方向亟待解决的科学问题和实际应用挑战提出了展望,以期为推动纳米材料的实际应用提供一定的理论指导和技术参考。     

石墨烯/纤维素复合材料的制备及应用

近年来,石墨烯/纤维素复合材料引起了研究者的广泛关注。该材料在透明导电柔性薄膜、电容器、载药、紫外线防护、传感器、吸附等领域有重要的应用价值。本文在收集、归类研究国内外研究者在石墨烯/纤维素复合材料制备方法、性能以及应用工作的基础上,对石墨烯和纤维素复合材料的混合技术、制备方法及应用进行了综述。     

石墨烯及其复合材料在样品前处理中的应用

样品前处理新技术与方法研究是现代分析化学的重要研究课题与发展方向之一。固相萃取是目前应用最为广泛的样品前处理技术,其技术核心是吸附材料,因此开发新型吸附材料是样品前处理领域的研究热点。石墨烯是一种新型碳纳米材料,由于其良好的物理化学性质,在短短几年内迅速成为众多学科的研究热点。其高比表面积、良好的化学稳定性和热稳定性使之在分离科学领域得到广泛的应用。本文系统综述了石墨烯及其复合材料在样品前处理中的应用研究,主要包括其作为固定相在固相萃取、固相微萃取、磁固相萃取等技术在环境、食品、生物等样品前处理中的应用。     

GO负载Bi2WO6二元复合光催化材料的制备及其表征研究

本实验通过水热法合成不同比例的氧化石墨烯(GO)/Bi₂WO₆新型二元复合光催化材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜等技术来研究样品的结构和形貌.在可见光下,4%GO/Bi₂WO₆复合材料光催化降解效率最好,达到了72%.本实验以石墨烯为碳源,制备出二元复合材料,将其引入光催化体系,提升半导体光催化材料对目标物的富集能力,为复合光催化材料的制备提供了新思路.以期获得高可见光催化活性的GO/Bi₂WO₆二元复合材料并将其应用于更多领域,同时对环境中的污染物也实现了高效、稳定的去除,为研究水体环境污染的治理奠定了一定的理论与实践基础.     

氮掺杂石墨烯负载的硫化镉空心球纳米复合材料的光催化性能

通过无模板法一步合成了一种新型N掺杂石墨烯负载的CdS空心球复合材料. 采用X射线衍射、透射电镜、红外光谱、紫外-可见光谱、N₂吸附-脱附、荧光光谱和X射线光电子能谱等技术对该材料进行了表征, 并在可见光照射下测试了其在降解亚甲基蓝和水杨酸中的光催化性能. 结果表明, 相对于氧化石墨烯负载硫化镉空心球和单独的硫化镉空心球, 氮掺杂石墨烯负载的硫化镉空心球具有更高的光催化活性和稳定性. 这是由于氮掺杂的石墨烯能充当优异的电子受体和传输体, 从而抑制了载流子的复合. 另外发现, 羟基自由基是可见光下降解亚甲基蓝的主要活性物种.     

CdS/石墨烯复合材料的制备及其可见光催化分解水产氢性能

以氧化石墨烯和CdS为原料, 在乙醇水溶液中采用CdS光催化还原法制备了CdS/石墨烯复合光催化材料, 并用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)和瞬态光电流等技术对复合材料的结构和光电性能进行了表征. 可见光照射下(λ≥420 nm), 研究了该复合材料光催化分解水产氢的性能. 结果表明, 可见光照射下CdS的光生电子可有效地还原氧化石墨烯, 得到CdS与石墨烯之间具有强相互作用力的CdS/石墨烯复合材料. 与CdS相比, 复合材料中石墨烯作为良好的电子受体和传递介质, 可明显加快CdS光生电子的迁移速率, 提高光生载流子的分离效率, 从而增强复合材料的光电性能和光催化分解水产氢的活性.     

石墨烯/电气石/二氧化钛复合材料的制备及其光催化降解异丙醇性能

光催化是一种理想的应对全球能源短缺和环境污染问题的绿色化学技术,可以实现有机物降解、水分解和二氧化碳光还原等.光催化反应效率受诸多因素影响,其中光生载流子(电子和空穴)的分离和传输具有至关重要的作用.以往研究表明,构筑多元复合光催化材料体系有利于光生电子和空穴有效分离和传递,促进催化剂表面的还原和氧化反应,从而提高其光催化效率.基于以上考虑,我们提出了一种新型的石墨烯/电气石/TiO2三元复合光催化材料体系,其中TiO2因其价格低廉、无毒和抗光腐蚀等优点而被广泛用作光催化材料;石墨烯(G)拥有独特的二维结构、高的电子迁移率、大的比表面积,是一种优异的催化剂载体;电气石(T)的一个重要性质是表面存在自发极化的静电场,该静电场将会影响光激发载流子的分离、传递和光催化反应过程.利用水热法合成了不同成分的石墨烯/电气石/TiO2三元复合材料体系.为了对比研究石墨烯表面电荷性质的影响,其中一组的石墨烯(氧化石墨)为直接采用改良的Hummers法所制备,其表面带负电;另一组的石墨烯经聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)修饰,使其表面带正电.X射线衍射结果显示,三元复合材料中TiO2为锐钛矿相,其结晶性没有因为与石墨烯和电气石的复合而受到影响.扫描和透射电子显微分析表明,TiO2的平均颗粒大小为15 nm左右,并且与石墨烯和电气石均匀复合.傅里叶变换红外光谱和zeta电位表征分析证实,PDDA可以有效地对石墨烯进行功能化改性,使其表面带正电.紫外-可见分光光谱显示,石墨烯/电气石/TiO2三元复合材料与TiO2的吸收带边一致,复合材料中石墨烯和电气石并没有改变TiO2的光吸收特征.光催化降解异丙醇实验表明,石墨烯/电气石/TiO2三元复合材料优于单纯的TiO2、石墨烯/TiO2以及电气石/TiO2二元复合材料,当石墨烯和电气石的质量百分比分别为0.5%和5%时,三元复合材料降解异丙醇产生丙酮的速率达到最高(223μmol/h).特别值得指出的是,由表面带负电的石墨烯组成的复合材料比由带正电荷的PDDA-石墨烯组成的复合材料具有更高的光催化性能,原因如下:在水溶液中显示正zeta电位值的TiO2与带负电的石墨烯/电气石复合物静电吸引而均匀紧密复合,有利于TiO2中光生电子和空穴的快速分离和传递,从而使得石墨烯/电气石/TiO2三元复合材料具有较高的光催化性能;而带正电的PDDA-石墨烯/电气石复合物和TiO2颗粒相互排斥而不宜复合,导致PDDA-石墨烯基复合材料的光催化活性降低.机理研究揭示,在三元复合材料光催化降解异丙醇的反应中起主要作用的是光生电子和空穴.基于以上研究结果,我们提出了三元复合材料光催化降解异丙醇的反应机理.     

TiO2/石墨烯复合材料的光生电荷分离调控与光催化产氢性能研究

半导体光生电荷分离是光催化过程中的关键步骤之一,其效率极大地影响了最终光催化性能.将TiO₂纳米片与石墨烯复合,能够促进TiO₂中光生电子和空穴的分离,从而提高其光催化活性.为了研究光生电荷的分离对TiO₂/石墨烯复合材料光催化性能的影响,通过调控TiO₂纳米片的尺寸来调节TiO₂/石墨烯复合材料中光生电荷分离的能力,然后研究其对TiO₂/石墨烯复合材料光催化性能的影响.合成了一系列不同厚度的TiO₂纳米片,将其与石墨烯复合,并通过光沉积负载Pt纳米颗粒作为助催化剂,用于光催化产氢.实验结果显示,随着TiO₂纳米片厚度减小,其与石墨烯形成的复合结构的光催化性能显著提高.这主要是由于TiO₂纳米片厚度减小时,光生电子沿厚度方向穿过TiO₂纳米片迁移到石墨烯的距离缩短,从而减少了光生电子在迁移过程中与空穴的复合;同时TiO₂纳米片厚度减小使其比表面积增大,使得TiO₂/石墨烯界面面积增大,从而使石墨烯更好地分离出TiO₂中的光生电子,有更多的光生电子到达石墨烯参与催化反应,提高TiO₂/石墨烯复合材料的光催化性能.此研究表明通过控制TiO₂纳米片的尺寸来调控TiO₂/石墨烯复合材料中光生电子和空穴的分离,是显著提高其光催化性能的有效途径.