不依靠化石燃料， 无二氧化碳排放水
图9. 光催化在裂解水产氢方面的应用
水在这种电子-空穴对的作用下发生电离,生成H2 和O2
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3、光催化剂把CO2转变为碳氢燃料
因 CO2是一种相对稳定 的化合物，它的还原 极具挑战性 CO2 + H2O→CH4 + O2 光生电子的迁移使CO2的还原成 为可能
水合肼还原法
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2、金属氧化物/金属硫化物/石墨烯光催化剂
ZnO/GE、 Fe3O4/GE 、SnO2/GE、WO3/GE、Fe2O3/GE、ZnS/GE、CdS/GE Li 等以ZnO在GO上原位生长，然后再化学还原得到； Xu 课题组通过掺杂 2wt%的GE制备的ZnO/GE，其光催化活性是ZnO纳米颗 粒的4倍； Sun 等报道了以丙烯酸钠为稳定剂一步还原法原位生长出Fe3O4/GE光催化复 合材料，提高了光催化活性，实现了磁性分离； Hu 等以硫代乙酰胺（既作为硫源又作为还原剂）通过微波辐射法制备出了 有良好催化活性的ZnS/GE光催化复合材料。
较低价态金属盐，金属源， 还原剂还原GO
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一步法制备SnO2 /GE和TiO2/GE光催化复合材料
Ti 3+将GO还原为GE，同时自 身被氧化为Ti 4+ TiCl3/GO---TiO2/GE
图5.一步法制备SnO2 /GE和 TiO2/GE光催化剂 J. Zhang, Z. Xiong and X. S. Zhao, J. Mater. Chem. , 2011, 21, 3634.
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5、柔软的透明电极
4、减少噪音
通过在二层石墨烯之 间生成的强电子结合， 从而控制噪音。噪声 石墨烯柔韧性好，透明 度高、导电性好、容易 制备等优点，代替传统 的透明电极材料氧化铟 锡（简称ITO）来做透明 电极。
6、石墨烯动力锂电池
10分钟就能完成充电，还 不损害电池使用寿命 。 电池极片的导电性能更高， 电池内的电阻更小，蓄电 能力、快速充放电能力比 普通锂电池强得多。1、扩大激发光波长范围
2、减少光生电子-空穴的复合 3、提高催化剂表面活性位，提高光生活性物种，特别是电子的消耗速 率 对策： 1、对催化剂表面进行修饰,如掺杂阴/阳离子 2、表面掺杂金属或半导体 3、对催化剂结构进行优化，提高比表面积，孔隙率，增大反应面
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6、石墨烯基光催化剂的类型
石墨烯基光催化复合材料
RSC Advances, 2011, 1, 1426–1434
汇报提纲
一、前言
二、石墨烯基光催化剂的制备
三、石墨烯基光催化复合材料
四、石墨烯基光催化复合材料的应用 五、结论与展望
前言
1、石墨烯简介
石墨烯（Graphene）是2004 年由英国曼彻斯特大学科斯提亚. 诺沃谢夫(Kostya Novoselov)和安 德烈.盖姆(Andre Geim)发现。
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南理工汪信课题组认为制备金属石墨烯纳米复合物的一般路线: ( 1) 将石墨氧化得到层间距更大的氧化石墨; ( 2) 将氧化石墨剥离得到氧化石墨烯片; ( 3) 将金属纳米粒子附着在氧化石 墨烯片上; ( 4) 将氧化石墨烯还原成石墨 烯得到金属石墨烯纳米复合材料
图6. 金属石墨烯纳米复合材料的制备
图10. 光催化剂在将CO2转变为碳氢燃料上的应用
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结论与展望
1、光催化剂的优化：
在GE上实现电子的捕获和转移来提高光催化剂的活性 半导体纳米颗粒在GE表面的分布情况也影响光催化剂的活性 光催化剂的活性高度依赖于材料表面结构 在2-D材料支撑上的纳米材料的结构改良，如控制形貌、相结构、空隙、表面活 性位 在形貌控制上， Liu课题组研究发现与GO结合的TiO2的纳米棒结构比其纳米颗 粒结构在降解污染物和杀菌方面的效果好的多，主要归因于其101面的丰富。 2、GE的优化： GE的作用是吸附能力的提高，电子迁移率的增加，暂时储存电子 由于在部分还原的GE上存在缺陷，如何高效率地制备高质量的石墨烯基复合材 料有待研究
E. Gao, W. Wang, M. Shang and J. Xu, Phys. Chem. Chem. Phys. ,2011, 13, 2887. Y. Fu and X. Wang, Ind. Eng. Chem. Res., 2011, 50, 7210.
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5、光催化机理
光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。叶绿素 价带：能量低，填满电子 导带：能量高，空
前言
空穴：氧化作用，分解水产生 •OH 电子：氧化-还原，O2还原为 •O活性氧离子，将催化剂表面 各种污染物摧毁
图2. 光催化机理示意图
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提高光催化活性方法：
图7. 光催化在降解有机污染物方面的应用
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图8. 光催化剂降解MB
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降解RhB
电子从RhB*上直 接通过石墨烯迁移 到催化剂上，石墨 烯起到传输中介的 作用 RhB+与电子在空 间上的分离，延迟 了电子空穴对的复 合，提高了光催化 性能
胶带剥离法
氧化石墨还原法
前两种效率低，不适合大规模生产
CVD法能制备出大尺寸单晶石墨烯，污染小，适合工业化生产，基底有铜、 镍、铂（无限次重复使用）
氧化石墨还原法：
图1. 氧化石墨还原法制备石墨烯示意图
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4、石墨烯应用
1、在纳电子器件方面 的应用
石墨烯具有高载流子迁移 率，较大的费米速度和低 接触电阻则有助于进一步 减小器件开关时间。此外， 石墨烯很好的稳定性和电 学性能，使探索单电子器 件成为可能。
B. Li and H. Cao, J. Mater. Chem., 2011, 21, 3346. T. Xu, L. Zhang, H. Cheng and Y. Zhu, Appl. Catal., B, 2011, 101,382. H. Sun, L. Cao and L. Lu, Nano Res., 2011, 4, 550. H. Hu, X. Wang, F. Liu, J. Wang and C. Xu,Synth. Met., 2011,161, 404.
图3. 0-D, 1-D, 2-D 和3-D光催化剂
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7、石墨烯基光催化剂制备方法
强力搅拌/超声，含氧官能 团促进均匀分布，水热， 热辐射，还原剂法（水合 肼，NaBH4）
更好传输电子，均匀分布， 原位，一步生长，稳定剂 避免G E堆积
图4. 石墨烯基光催化剂的四种制备方法
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光催化降解原因： 1、有机物分子与GE相互作用，增强了催化剂对污染物的吸附能力 2、由于Ti-O-C键的形成降低了TiO2的带隙，延伸了光激发波长 3、GE良好的导电性使电子迁移从而有效地抑制了电子空穴对的复合
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2、光催化裂解水产氢
导电性：其中电子的运动 速度达到了光速的1/300， 远远超过了电子在一般
不透明度：可以吸收 大约2.3%的可见光
导体中的运动速度
电子运输
机械特性 ：人类已知强度 最高的物质，比钻石还 坚硬，强度比世界上最好 的钢铁还要高上100倍
石墨烯特性
3、石墨烯的制备方法
碳化硅或金 属表面外延 生长法
CVD法
J. Liu, L. Liu, H. Bai, Y. Wang and D. Sun, Appl. Catal., B, 2011,106 , 76.
石墨烯是碳原子紧密堆积成单 层二维蜂窝状格结构的一种碳质新 材料，厚度0.335纳米，是构建其 他维数碳质材料（如零位富维勒烯、 一维纳米碳管、三维石墨）的基本 单元，具有极好的结晶性、力学性 能和电学质量。
2、石墨烯特性
电子之间的相互作用： 石墨烯中电子间以及 电子与蜂窝状栅格间 均存在着强烈的相互 作用。
1、降解有机污染物 2、光催化裂解水产氢
3、光催化剂把CO2转变为碳氢燃料
4、杀菌
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1、降解有机污染物
在光激发下，有许多 自由基或中间状态物 质产生，•OH是很强 的氧化剂，在催化剂 表面能摧毁有机、无 机污染物
RGO可以吸附/捕获 催化剂周围的染料和 光生电子 GE作用：电子从半 导体导带传入GE， 提高电子空穴对的 分离，延迟其复合
2、代替硅生产超级计 算机
石墨烯还是目前已知导电 性能最出色的材料。尤其 适合于高频电路， 这使它 在微电子领域也具有巨大 的应用潜力。将石墨烯看 作是硅的替代品，能用来 生产未来的超级计算机。
3、光子传感器
石墨烯可以取代硅制 造太阳能电池和液晶 显示屏。因为石墨烯 是透明的，用它制造 的电板比其他材料具 有更优良的透光性。
4、其他石墨烯基光催化剂
Zhu课题组制备了Ag/AgX (X = Br, Cl)/GO光催化剂，具有 很好的光催化活性和稳定性； 氮的掺杂，碳的掺杂等。
M. Zhu, P. Chen and M. Liu, ACS Nano, 2011, 5, 4529.
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石墨烯基光催化剂的应用
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3、金属化合物/石墨烯光催化剂
BiWO6/GE、BiVO4/GE、ZnFe2O4/GE Bi3+基氧化物有很强的光响应， Gao等认为BiWO6/GE高的光催化活 性归因于费米能级的负移和光生电子高的迁移率