Einführung verschiedener Herstellungsverfahren für Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysatoren

Das Herstellungsverfahren hat einen direkten Einfluss auf die Morphologie, Struktur, Größe von zusammengesetzten Photokatalysatoren und das Bindungsverfahren von Graphen an Halbleiter. In diesem Artikel werden hauptsächlich verschiedene Verfahren zur Herstellung von Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysatoren beschrieben, darunter das Wasser-Wärme / Lösungsmittel-Wärme-Verfahren, das Lösungsmischverfahren und das In-situ-Wachstumsverfahren.

Herstellung eines Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysators durch ein hydrothermales / lösungsmittelthermisches Verfahren

Das hydrothermale / lösungsmittelthermische Verfahren ist ein traditionelles Verfahren zum Kristallwachstum von Halbleitermaterialien. Es ist jetzt auch eine effektive Methode zur Synthese von Halbleiter / Graphen-Kompositen. Das Herstellungsverfahren besteht im Allgemeinen darin, Halbleiter oder Halbleitervorläufer auf Graphenoxide (GO) oder Graphen zu laden. Graphenoxid wird unter Bedingungen von heißem Wasser und Lösungsmittel zu Graphen reduziert.

Das Hydrotherm / Lösungsmittel-Wärmeverfahren synthetisiert den Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysator. Zwischen Halbleiter und Graphen kann häufig eine chemische Bindung hergestellt werden. Der resultierende zusammengesetzte Photokatalysator kann die synergistischen Wirkungen von Graphen und Halbleiter vollständig ausüben. Es ist förderlich für die Verbesserung seiner photokatalytischen Energie. Zhang et al. synthetisierte chemisch gebundene TiO2 (P25) / GR-Nanokomplexe durch ein einstufiges hydrothermales Verfahren. Mit fortschreitender hydrothermaler Reaktion werden die Reduktion von GO und die Beladung mit P25 gleichzeitig abgeschlossen. Der hergestellte P25 / GR-Photokatalysator weist eine ausgezeichnete Farbstoffadsorptionsfähigkeit und eine effektive Ladungstrennung auf.

Bei der Synthese eines Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysators nach einem hydrothermischen / lösungsmittelthermischen Verfahren neigen Halbleiterteilchen dazu, eine relativ gleichmäßige Verteilung auf Graphen zu bilden. Zum Beispiel haben Neppolian et al. durch hydrothermales Verfahren einen gleichmäßig verteilten Pt / TiO2 / GO-Verbundphotokatalysator erhalten. Li et al. erhielt eine gleichmäßige Verteilung von CdS durch Lösungsmittel-Thermo-Verfahren. Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysator. Wu et al. / GR-Nanopartikel, ZnO-Nanopartikel, die dicht und gleichmäßig auf Graphen-Tabletten abgeschieden sind. Wang et al. [26] TiO2 / RGO-Nanopartikel (reduziertes Graphenoxid) mit guter Partikeldispersion wurden durch ein hydrothermales Verfahren hergestellt.

Einige spezielle Formen von Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysatoren können auch durch ein hydrothermales / Lösungsmittel-Wärmeverfahren erhalten werden. Ding et al. erhalten ultradünne TiO2-Nanopartikel auf Graphen, das durch Lösungsmittelwärmeverfahren energiereichen (001) Kristalloberflächen ausgesetzt wurde. Shen et al. synthetisierte Blätter unter Verwendung einer verbesserten einstufigen hydrothermalen Methode. TiO2 / RGO-Verbundwerkstoffe. Zou et al. verwendeten eine einfache und übliche direkte hydrothermale Methode nanokristalliner Kerne, um TiO2-, ZnO-, MnO2-, CuO- und ZrO2-Nanometer-Stabarrays auf beiden Seiten von flexiblem Graphen zu synthetisieren, um Sandwich-Verbundstrukturen zu bilden. MO / G / MO, Nicht nur die Morphologie ist einheitlich, auch Halbleiter und Graphen sind chemisch gebunden.

2, Lösungsmischverfahren Herstellung eines Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysators

Ein zusammengesetzter Photokatalysator wird hergestellt, indem eine Graphen- (oder Graphenoxid-) Suspension mit einer Lösung gemischt wird, die ein Halbleiterpulver (oder ein Halbleitervorläuferion) enthält, und dann durch einfache Behandlung wie Trocknen, Kalzinieren usw. hergestellt. Dieses Verfahren wird als Lösungsmischen bezeichnet Methode. Im Vergleich zur Yushui-Wärme / Lösungsmittel-Wärme-Methode sind die Reaktionsbedingungen mild, die Methode einfach und die Herstellungskosten gering.

Es gibt viele Berichte über die Herstellung von Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysatoren durch Lösungsmischverfahren. Unter diesen wird die TiCl & sub4; -Suspension direkt mit der Graphenoxidsuspension gemischt, und Graphenoxid wird durch hydratisierten Hydrazin-TiO & sub2; / GR-Verbundphotokatalysator zu Graphen reduziert. Liu et al. gemischtes GO mit TiO2-Nanometerstäben (oder Nanopartikeln) in Form einer Lösung zur Herstellung von TiO2-Nanometerstäben / GO und TiO2-Nanometerpartikeln / GO, wie in Abbildung 4 gezeigt. Zwei zusammengesetzte Photokatalysatoren. Mit Ausnahme von TiO2 können auch Kombinationen anderer Halbleiter und Graphen durch Lösungsmischverfahren hergestellt werden, wie z. B. ZnO / GR-Komplex, SnO2 / GR- und Sr2-Ta2O7-xNx / GR-Komplex.

Das Lösungsmischverfahren ist einfach zu bedienen und die Reaktionsbedingungen sind mild. Eine Vielzahl von Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysatoren kann gleichzeitig hergestellt werden. Iwase usw. enthält drei Lösungen von GO, Bi VO4, Ru / SrTiO3: Rh. Gemischter, hergestellter Bi VO 4 / RGO, Ru / SrTiO 3: Rh / RGO-Verbundphotokatalysator. Ng und andere mischten Graphenoxidlösung mit drei photokatalytischen Materialien (WO3, BiVO4, TiO2). Es wurden drei Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysatoren hergestellt.

3, In-situ-Wachstumsverfahren zur Herstellung eines Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysators

Das In-situ-Wachstumsverfahren ist auch eines der effektivsten Verfahren zur Herstellung von Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysatoren. Dieses Verfahren verwendet häufig Halbleitervorläufer in Kombination mit Graphenoxiden (oder Graphen), um die Hydrolyse von Halbleitervorläufern zu steuern. Halbleiter wachsen kristalline Kerne auf Graphen. Graphenoxid wird reduziert, um einen Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysator zu ergeben.

Zhang Qiong et al. verwendet Graphit und Titansulfat als Ausgangsreaktanten bei niedrigen Temperaturen (<; 100 ° C) Herstellung von mit Ti (SO4) 2 [TiO] hydrolysiertem Titanoxid-Graphen-interkaliertem Verbundmaterial Die 2 + -Gruppe diffundiert durch elektrostatische Anziehung in die Graphenoxidschicht und wächst in situ bei niedrigen Temperaturen unter Bildung von interkalierten TiO2-GO-Verbundwerkstoffen. Jiang et al. Verwenden Sie Vakuum und Tensid, um das Expansions-Graphit-Sandwich zu unterstützen. In-situ-Wachstum von TiO2-Nanopartikeln Die Vakuumumgebung kann das Eindringen von TiO2-Vorläuferlösung Ti (OBu) 4 und Tensiden in die Schicht aus expandiertem Graphit fördern, und dann wachsen mit Hilfe von Tensiden unzählige TiO2-Nanopartikel gleichmäßig in situ in der Schicht . Allmählich gebildete TiO2 / GR-Komplexe. Zhang et al. Zugabe von SnCl2- und TiCl3-Ionenlösungen zu GO-Dispersionen, SnCl2- und TiCl3-reduziertes GO. Die entsprechenden SnO2- und TiO2-Nanokristalle werden unter Bildung hydrolysiert. ZnO / GR-Verbundphotokatalysatoren können auch durch ein In-situ-Wachstumsverfahren synthetisiert werden. Wenn die wässrige Lösung des ZnO-Vorläufers Zn2 + zu der Graphenoxidsuspension gegeben wird, wird Zn2 + an Graphenoxidflocken adsorbiert und Graphenoxide werden mit NaOH und NaBH4 reduziert, um einen ZnO / GR-Verbundphotokatalysator zu erhalten. Du et al., P123, TTIP, TiCl & sub4;, GO, bestehen aus einer kolloidalen Ethanol- oder Tetrahydrofuran-Suspension, die dann in einer Suspension von einem Glassubstrat eingeweicht wird, das mit einer Polystyrol-Proteinmembran beschichtet ist, wiederholt mehrmals imprägniert und schließlich reduziertes und kalziniertes Graphen Oxide mit Hydrazindampf, Ein geschichteter geordneter makroporös-mesoporöser TiO2 / GR-Verbundfilm mit Polystyrolkautschukkugeln als Matrize kann erhalten werden, wie in Abbildung 6 gezeigt. Lambert et al. berichteten, dass in Gegenwart einer GO-Wasserdispersion durch Hydrolyse von TiF4 in situ zur Synthese von blütenförmigen TiO2 / GO-Kompositen Li und andere direkt in situ zur Synthese einheitlicher mesoporöser TiO2-Nanodrähte auf Graphen-Tabletten.

4 andere Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysators

Zusätzlich zu den obigen drei Verfahren gibt es auch einige Verfahren, mit denen die Herstellung von Halbleiter / Graphen-Verbundphotokatalysatoren erreicht werden kann, wie das elektrochemische Abscheidungsverfahren, das Atomlagenabscheidungsverfahren usw., jedoch unter den Bedingungen der Herstellungstechnologie und der Kosten. Diese Methoden werden in der tatsächlichen Synthese weniger verwendet. Wie Du und andere [48] Elektrochemische Abscheidung von ZrO2 / GR auf einer glasartigen Kohlenstoffelektrode; Meng et al. [49] TiO2 / GR-Komposite wurden durch Atomic Layer Deposition (ALD) hergestellt. TiO2 lagerte sich 75-mal auf Graphen ab und bildete sich nach Vakuumkalzinierung bei 250 ° C.

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