二氧化鈦石墨烯復合材料的制備

1、應用化學專業(yè)：姓名：學號：納米TiO2/石墨烯復合材料對UV固化水性聚氨酯改性研究歐陽思2230700971/28CONTENTS目錄研究背景及意義1復合材料對聚氨酯改性研究4TiO2和石墨烯介紹2總結5TiO2/石墨烯復合材料合成與性能32/283研究背景及意義TiO2和石墨烯介紹TiO2/石墨烯復合材料復合材料對聚氨酯改性研究總結1研究背景及意義3/284研究背景及意義TiO2和石墨烯介紹TiO2/石墨烯復合材料復合材料對聚氨酯改性研究總結 近年來，對于光催化領域關注和研究逐步增加，光催化作用原理是將光能轉化成為化學反應所需能量來產生催化作用。光催化劑幾乎可參加全部有機物質及部分無機物質分

2、解反應，不但能夠加緊反應速度，也不造成資源浪費，而且整個催化過程綠色環(huán)境保護。因而怎樣更加好提升光催化效率變十分主要。 納米TiO2光觸媒是一個在光照射下，本身不起改變，卻能夠促進化學反應物質，就象植物光合作用中葉綠素。1.1 光催化作用介紹4/285研究背景及意義TiO2和石墨烯介紹TiO2/石墨烯復合材料復合材料對聚氨酯改性研究總結 傳統(tǒng)聚氨酯材料使用有機溶劑中存在著大量可揮發(fā)性有機物（VOC），影響著人們健康對和環(huán)境保護。水性聚氨酯（WPU）是將聚氨酯預聚體用水乳化分散制備得到，使用水代替了有機溶劑。相對于傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯涂料，不含可揮發(fā)性有機物，同時也保留了溶劑型聚氨酯高強度，硬度，抗

3、老化性佳等優(yōu)點。1.2 水性聚氨酯涂料5/286研究背景及意義TiO2和石墨烯介紹TiO2/石墨烯復合材料復合材料對聚氨酯改性研究總結 傳統(tǒng)涂料制作添加汞鹽、鉛鹽、酸鹽來到達抗菌目標，但因為其毒性強，對環(huán)境影響大已經被禁止使用；添加合成有機殺菌劑即使用量少，效果好，但仍存在時效短、毒性強、應用領域小等問題。介于上述情況，一些高檔涂料制作已經應用了無機納米抗菌微粒（納米TiO2、納米ZnO、納米SiO2等），抗菌效果好、功效長、廣譜抗殺菌、對人及動物無毒性是這種納米抗菌復合環(huán)境保護涂料新優(yōu)點。 水性聚氨酯在性能上有一些缺點，希望經過對于水性聚氨酯改性到達愈加良好性能。而納米粒子所特有表面效應、小

4、尺寸粒子效應以及軌道量子效應等特征，能夠使水性聚氨酯耐熱性、耐水性以及機械力學性能得到很大程度填補。同時納米粒子不一樣與宏觀粒子表現出電磁、光和化學性質，能夠賦予水性聚氨酯一些特殊性能。1.3 納米改性水性聚氨酯意義6/287研究背景及意義TiO2/石墨烯復合材料復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介紹2TiO2和石墨烯介紹7/288研究背景及意義TiO2/石墨烯復合材料復合材料對聚氨酯改性研究總結 TiO2和石墨烯介紹 納米TiO2是多晶型化合物，在光催化領域有著主要應用。光照TiO2 能夠產生光生電子和空穴對，光生電子能夠捕捉O2形成O2-，經過質子化能夠形成羥基自由基。OH直接和

5、有機物產生氧化還原反應，從而到達降解有機污染物效果。 TiO2光催化活性較高是銳鈦礦型TiO2，禁帶寬度為3.2eV，吸收波長在385nm以下。銳鈦礦型TiO22.1 TiO28/289研究背景及意義TiO2/石墨烯復合材料復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介紹 然而，TiO2光催化活性受其禁帶寬度限制（金紅石相禁帶寬度為3.0eV，而銳鈦礦相禁帶寬度為 3.2eV），只能被波長小于 380nm 以下紫外光所激發(fā)。其次，當 TiO2光催化劑受到太陽光輻射時，被陽光所激發(fā)生成電子-空穴對沒有迅速遷移到表面，反而在內部迅速復合，成為了另一個限制其光催化活性因素。所以，合成具有較窄能帶寬度

6、同時還能夠抑制光生電子-空穴復合 TiO2光催化劑是一個具有挑戰(zhàn)性難題。現在，已經有了許多伎倆來實現這一想法例如在二氧化鈦中摻入貴金屬粒子，金屬氧化物，碳基納米材料等，經過合成一系列二氧化鈦復合材料來得到人們所期望光催化劑。9/2810研究背景及意義TiO2/石墨烯復合材料復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介紹2.2 納米TiO2抗菌原理 納米TiO2在環(huán)境保護方面有著廣泛應用，主要是囚為納米含有強烈光催化氧化效應，能夠快速、高效地分解有機物，生成二氧化碳和水。 光催化反應主要由高效光觸媒產生效果，其中無光源限制高效光觸媒能夠快速地分解有機物光半導體物質，能夠將有機污染物分解成無污染

7、二氧化碳和水，與此同時能夠到達抗菌防污、親水除臭效果。 光觸媒因為其強氧化能力能夠破壞細菌細胞壁結構并分解出細菌體，凝固病毒蛋白質，控制病毒活性，到達高效殺菌，抑菌能力為99.997%。有機污染物hv光催化劑CO2 + H2O10/2811研究背景及意義TiO2/石墨烯復合材料復合材料對聚氨酯改性研究總結 TiO2和石墨烯介紹 石墨烯（Graphene）是單原子層厚度二維結構晶體，理想石墨烯能夠看作是單層結構石墨。正是這種其特殊結構，賦予了它優(yōu)良力學性能和光學性能。2.3 石墨烯 石墨烯獨特二維結構含有很多優(yōu)異性質。石墨烯材料引入使得以前領域許多技術和方法能夠得到深入提升和改進，石墨烯本身優(yōu)異

8、性質恰好能夠填補其它材料缺點，從而為未來材料科學發(fā)展提供了更多可能。石墨烯sp2碳雜化六方網格結構石墨烯是石墨系基本組成。石墨烯是全部碳材料體系基礎材料，能夠包裹成為為0D富勒烯，也能夠卷曲成為1D碳納米管或者堆疊成為3D石墨。11/2812研究背景及意義TiO2/石墨烯復合材料復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介紹新型碳材料-TiO2復合材料具備愈加優(yōu)越光催化能力幾個原因：（1）碳材料-TiO2界面形成異質結使得光生電子與空穴間復合得到了改進，（2）復合材料比表面積增大使材料對有機污染物吸附能力得到提升；（3）相比于純TiO2，復合材料費米能級可能向更正方向偏移，從而使對更長波長光

9、子利用率得到提升；（4）碳材料表面吸收光子后，能夠將電子注入到TiO2導帶，形成了反應激子即超氧自由基O2和羥基自由基HO，反應激子能夠降解有機污染物。2.4 石墨烯復合材料優(yōu)勢 TiO2與石墨烯復合后，激發(fā)產生光生電子會快速經過石墨烯傳遞到表面，降低電子和空穴復合幾率，提高光子利用率。其次，依靠石墨烯巨大比表面積，可以將電子受體吸附到石墨烯表面，加快光催化反應速率。納米TiO2/石墨烯復合材料光催化機理12/28研究背景及意義復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介紹TiO2/石墨烯復合材料3TiO2/石墨烯復合材料13/28研究背景及意義復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介

10、紹TiO2/石墨烯復合材料 本研究所采取制備合成TiO2/石墨烯復合材料方法為水熱合成法。 詳細合成步驟主要包含三個方面，首先是使用改進Hummers法合成制備出氧化石墨（GO），然后再經過溶膠-凝膠法合成TiO2，最終用水熱合成法合成TiO2/石墨烯復合材料。3.1 水熱法合成復合材料石墨烯支撐TiO2納米粒子合成制備路線模擬圖14/28研究背景及意義復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介紹TiO2/石墨烯復合材料 水熱法原理是在高溫高壓下，將平時不溶或者難溶于水物質溶解于水中，經過控制因為反應釜中溫差產生對流，使得溶質因為過飽和而析出，從而得到新晶體。 利用水熱法原理，在合成制備T

11、iO2/石墨烯復合材料過程中，將TiO2與氧化石墨烯混合后，在反應釜內高溫高壓下，氧化石墨烯上含氧官能團被還原，TiO2納米粒子取代了原來含氧官能團而附著在氧化石墨烯上。氧化石墨烯被還原成為石墨烯，而TiO2納米粒子主要傾向于附著在石墨烯邊緣或者褶皺地方，最終得到了TiO2/石墨烯復合材料。15/28研究背景及意義復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介紹TiO2/石墨烯復合材料SEM圖譜（a）TiO2 (b)氧化石墨烯 (c)二氧化鈦/石墨烯復合材料(a)(b)(c)3.1 復合材料表征16/28研究背景及意義復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介紹TiO2/石墨烯復合材料Ti

12、O2XRD圖譜氧化石墨烯XRD圖譜 TiO2/石墨烯/XRD圖譜17/28研究背景及意義復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介紹TiO2/石墨烯復合材料納米TiO2FT-IR圖譜氧化石墨烯FT-IR圖譜 TiO2/石墨烯FT-IR圖譜18/28研究背景及意義復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介紹TiO2/石墨烯復合材料TiO2及TiO2/石墨烯紫外光下對甲基橙降解曲線TiO2及TiO2/石墨烯可見光下甲基橙降解曲線19/28研究背景及意義復合材料對聚氨酯改性研究總結TiO2和石墨烯介紹TiO2/石墨烯復合材料20/28研究背景及意義總結TiO2和石墨烯介紹復合材料對聚氨酯改性

13、研究TiO2/石墨烯復合材料4復合材料對聚氨酯改性研究21/28研究背景及意義總結TiO2和石墨烯介紹復合材料對聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯復合材料復合材料改性水性聚氨酯配方22/28研究背景及意義總結TiO2和石墨烯介紹復合材料對聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯復合材料試樣名稱鉛筆硬度抗沖擊強度/kgcm附著力等級耐彎曲性/mm耐洗刷次數WPUB4642503WPU0HB4234772WPU1H4135825WPU2H3925839WPU3H4036833改性WPU涂膜性能測試23/28研究背景及意義總結TiO2和石墨烯介紹復合材料對聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯復合材料 涂膜吸水率隨時間改

14、變曲線24/28研究背景及意義總結TiO2和石墨烯介紹復合材料對聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯復合材料WPU涂層可見光下對甲基橙降解曲線WPU涂層紫外光下對甲基橙降解曲線25/28研究背景及意義TiO2和石墨烯介紹復合材料對聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯復合材料總結5總結26/28研究背景及意義TiO2和石墨烯介紹復合材料對聚氨酯改性研究TiO2/石墨烯復合材料總結以異佛二酮二異腈酸酯以及聚乙二醇為單體，二羥甲基丙酸為擴鏈劑，甲基丙烯酸羥乙酯封端，成功制備出了水性光固化聚氨酯預聚體。用溶膠-凝膠法制備了納米TiO2。以改進Hummers法制備了氧化石墨烯。用水熱法制備了質量比1:1石墨烯/TiO2復合材料，XRD與紅外結果顯示在水熱過程中氧化石墨烯被還原。采取甲基橙為有機污染物模板，在降解試驗中TiO2/石墨烯在可見光和紫外光下平衡降解率分別為57.20%和77.20%，優(yōu)于純TiO29.78%和66.2