二氧化钛石墨烯复合材料的制备

1、应用化学专业：姓名：学号：纳米TiO2/石墨烯复合材料对UV固化水性聚氨酯改性研究欧阳思2230700971/28CONTENTS目录研究背景及意义1复合材料对聚氨酯改性研究4TiO2和石墨烯介绍2总结5TiO2/石墨烯复合材料合成与性能32/283研究背景及意义TiO2和石墨烯介绍TiO2/石墨烯复合材料复合材料对聚氨酯改性研究总结1研究背景及意义3/284研究背景及意义TiO2和石墨烯介绍TiO2/石墨烯复合材料复合材料对聚氨酯改性研究总结 近年来，对于光催化领域关注和研究逐步增加，光催化作用原理是将光能转化成为化学反应所需能量来产生催化作用。光催化剂几乎可参加全部有机物质及部分无机物质分

2、解反应，不但能够加紧反应速度，也不造成资源浪费，而且整个催化过程绿色环境保护。因而怎样更加好提升光催化效率变十分主要。 纳米TiO2光触媒是一个在光照射下，本身不起改变，却能够促进化学反应物质，就象植物光合作用中叶绿素。1.1 光催化作用介绍4/285研究背景及意义TiO2和石墨烯介绍TiO2/石墨烯复合材料复合材料对聚氨酯改性研究总结 传统聚氨酯材料使用有机溶剂中存在着大量可挥发性有机物（VOC），影响着人们健康对和环境保护。水性聚氨酯（WPU）是将聚氨酯预聚体用水乳化分散制备得到，使用水代替了有机溶剂。相对于传统溶剂型聚氨酯涂料，不含可挥发性有机物，同时也保留了溶剂型聚氨酯高强度，硬度，抗

3、老化性佳等优点。1.2 水性聚氨酯涂料5/286研究背景及意义TiO2和石墨烯介绍TiO2/石墨烯复合材料复合材料对聚氨酯改性研究总结 传统涂料制作添加汞盐、铅盐、酸盐来到达抗菌目标，但因为其毒性强，对环境影响大已经被禁止使用；添加合成有机杀菌剂即使用量少，效果好，但仍存在时效短、毒性强、应用领域小等问题。介于上述情况，一些高档涂料制作已经应用了无机纳米抗菌微粒（纳米TiO2、纳米ZnO、纳米SiO2等），抗菌效果好、功效长、广谱抗杀菌、对人及动物无毒性是这种纳米抗菌复合环境保护涂料新优点。 水性聚氨酯在性能上有一些缺点，希望经过对于水性聚氨酯改性到达愈加良好性能。而纳米粒子所特有表面效应、小

4、尺寸粒子效应以及轨道量子效应等特征，能够使水性聚氨酯耐热性、耐水性以及机械力学性能得到很大程度填补。同时纳米粒子不一样与宏观粒子表现出电磁、光和化学性质，能够赋予水性聚氨酯一些特殊性能。1.3 纳米改性水性聚氨酯意义6/287研究背景及意义TiO2/石墨烯复合材料复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介绍2TiO2和石墨烯介绍7/288研究背景及意义TiO2/石墨烯复合材料复合材料对聚氨酯改性研究总结 TiO2和石墨烯介绍 纳米TiO2是多晶型化合物，在光催化领域有着主要应用。光照TiO2 能够产生光生电子和空穴对，光生电子能够捕捉O2形成O2-，经过质子化能够形成羟基自由基。OH直接和

5、有机物产生氧化还原反应，从而到达降解有机污染物效果。 TiO2光催化活性较高是锐钛矿型TiO2，禁带宽度为3.2eV，吸收波长在385nm以下。锐钛矿型TiO22.1 TiO28/289研究背景及意义TiO2/石墨烯复合材料复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介绍 然而，TiO2光催化活性受其禁带宽度限制（金红石相禁带宽度为3.0eV，而锐钛矿相禁带宽度为 3.2eV），只能被波长小于 380nm 以下紫外光所激发。其次，当 TiO2光催化剂受到太阳光辐射时，被阳光所激发生成电子-空穴对没有迅速迁移到表面，反而在内部迅速复合，成为了另一个限制其光催化活性因素。所以，合成具有较窄能带宽度

6、同时还能够抑制光生电子-空穴复合 TiO2光催化剂是一个具有挑战性难题。现在，已经有了许多伎俩来实现这一想法例如在二氧化钛中掺入贵金属粒子，金属氧化物，碳基纳米材料等，经过合成一系列二氧化钛复合材料来得到人们所期望光催化剂。9/2810研究背景及意义TiO2/石墨烯复合材料复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介绍2.2 纳米TiO2抗菌原理 纳米TiO2在环境保护方面有着广泛应用，主要是囚为纳米含有强烈光催化氧化效应，能够快速、高效地分解有机物，生成二氧化碳和水。 光催化反应主要由高效光触媒产生效果，其中无光源限制高效光触媒能够快速地分解有机物光半导体物质，能够将有机污染物分解成无污染

7、二氧化碳和水，与此同时能够到达抗菌防污、亲水除臭效果。 光触媒因为其强氧化能力能够破坏细菌细胞壁结构并分解出细菌体，凝固病毒蛋白质，控制病毒活性，到达高效杀菌，抑菌能力为99.997%。有机污染物hv光催化剂CO2 + H2O10/2811研究背景及意义TiO2/石墨烯复合材料复合材料对聚氨酯改性研究总结 TiO2和石墨烯介绍 石墨烯（Graphene）是单原子层厚度二维结构晶体，理想石墨烯能够看作是单层结构石墨。正是这种其特殊结构，赋予了它优良力学性能和光学性能。2.3 石墨烯 石墨烯独特二维结构含有很多优异性质。石墨烯材料引入使得以前领域许多技术和方法能够得到深入提升和改进，石墨烯本身优异

8、性质恰好能够填补其它材料缺点，从而为未来材料科学发展提供了更多可能。石墨烯sp2碳杂化六方网格结构石墨烯是石墨系基本组成。石墨烯是全部碳材料体系基础材料，能够包裹成为为0D富勒烯，也能够卷曲成为1D碳纳米管或者堆叠成为3D石墨。11/2812研究背景及意义TiO2/石墨烯复合材料复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介绍新型碳材料-TiO2复合材料具备愈加优越光催化能力几个原因：（1）碳材料-TiO2界面形成异质结使得光生电子与空穴间复合得到了改进，（2）复合材料比表面积增大使材料对有机污染物吸附能力得到提升；（3）相比于纯TiO2，复合材料费米能级可能向更正方向偏移，从而使对更长波长光

9、子利用率得到提升；（4）碳材料表面吸收光子后，能够将电子注入到TiO2导带，形成了反应激子即超氧自由基O2和羟基自由基HO，反应激子能够降解有机污染物。2.4 石墨烯复合材料优势 TiO2与石墨烯复合后，激发产生光生电子会快速经过石墨烯传递到表面，降低电子和空穴复合几率，提高光子利用率。其次，依靠石墨烯巨大比表面积，可以将电子受体吸附到石墨烯表面，加快光催化反应速率。纳米TiO2/石墨烯复合材料光催化机理12/28研究背景及意义复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介绍TiO2/石墨烯复合材料3TiO2/石墨烯复合材料13/28研究背景及意义复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介

10、绍TiO2/石墨烯复合材料 本研究所采取制备合成TiO2/石墨烯复合材料方法为水热合成法。 详细合成步骤主要包含三个方面，首先是使用改进Hummers法合成制备出氧化石墨（GO），然后再经过溶胶-凝胶法合成TiO2，最终用水热合成法合成TiO2/石墨烯复合材料。3.1 水热法合成复合材料石墨烯支撑TiO2纳米粒子合成制备路线模拟图14/28研究背景及意义复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介绍TiO2/石墨烯复合材料 水热法原理是在高温高压下，将平时不溶或者难溶于水物质溶解于水中，经过控制因为反应釜中温差产生对流，使得溶质因为过饱和而析出，从而得到新晶体。 利用水热法原理，在合成制备T

11、iO2/石墨烯复合材料过程中，将TiO2与氧化石墨烯混合后，在反应釜内高温高压下，氧化石墨烯上含氧官能团被还原，TiO2纳米粒子取代了原来含氧官能团而附着在氧化石墨烯上。氧化石墨烯被还原成为石墨烯，而TiO2纳米粒子主要倾向于附着在石墨烯边缘或者褶皱地方，最终得到了TiO2/石墨烯复合材料。15/28研究背景及意义复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介绍TiO2/石墨烯复合材料SEM图谱（a）TiO2 (b)氧化石墨烯 (c)二氧化钛/石墨烯复合材料(a)(b)(c)3.1 复合材料表征16/28研究背景及意义复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介绍TiO2/石墨烯复合材料Ti

12、O2XRD图谱氧化石墨烯XRD图谱 TiO2/石墨烯/XRD图谱17/28研究背景及意义复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介绍TiO2/石墨烯复合材料纳米TiO2FT-IR图谱氧化石墨烯FT-IR图谱 TiO2/石墨烯FT-IR图谱18/28研究背景及意义复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介绍TiO2/石墨烯复合材料TiO2及TiO2/石墨烯紫外光下对甲基橙降解曲线TiO2及TiO2/石墨烯可见光下甲基橙降解曲线19/28研究背景及意义复合材料对聚氨酯改性研究总结TiO2和石墨烯介绍TiO2/石墨烯复合材料20/28研究背景及意义总结TiO2和石墨烯介绍复合材料对聚氨酯改性

13、研究TiO2/石墨烯复合材料4复合材料对聚氨酯改性研究21/28研究背景及意义总结TiO2和石墨烯介绍复合材料对聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯复合材料复合材料改性水性聚氨酯配方22/28研究背景及意义总结TiO2和石墨烯介绍复合材料对聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯复合材料试样名称铅笔硬度抗冲击强度/kgcm附着力等级耐弯曲性/mm耐洗刷次数WPUB4642503WPU0HB4234772WPU1H4135825WPU2H3925839WPU3H4036833改性WPU涂膜性能测试23/28研究背景及意义总结TiO2和石墨烯介绍复合材料对聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯复合材料 涂膜吸水率随时间改

14、变曲线24/28研究背景及意义总结TiO2和石墨烯介绍复合材料对聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯复合材料WPU涂层可见光下对甲基橙降解曲线WPU涂层紫外光下对甲基橙降解曲线25/28研究背景及意义TiO2和石墨烯介绍复合材料对聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯复合材料总结5总结26/28研究背景及意义TiO2和石墨烯介绍复合材料对聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯复合材料总结以异佛二酮二异腈酸酯以及聚乙二醇为单体，二羟甲基丙酸为扩链剂，甲基丙烯酸羟乙酯封端，成功制备出了水性光固化聚氨酯预聚体。用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2。以改进Hummers法制备了氧化石墨烯。用水热法制备了质量比1:1石墨烯/TiO2复合材料，XRD与红外结果显示在水热过程中氧化石墨烯被还原。采取甲基橙为有机污染物模板，在降解试验中TiO2/石墨烯在可见光和紫外光下平衡降解率分别为57.20%和77.20%，优于纯TiO29.78%和66.2