新型三维石墨烯/聚合物复合微球的可控制备及其光催化降解研究

三维石墨烯复合材料的可控制备及其光催化降解研究对解决环境污染和能源短缺具有重要的科学意义和实用价值。本申请项目拟通过模板法（聚合物微球和乳液液滴为模板）制备形态可控的三维石墨烯/聚合物复合微球。以界面物理化学的理论为基础，研究此复合微球制备过程中的形态控制因素。通过共价键和非共价键双重复合方式调变石墨烯的电子结构，实现三维石墨烯/聚合物复合微球的可控制备。在此基础上，通过与金属和半导体性质的纳米粒子的复合，研究此三维石墨烯/聚合物复合微球的光催化降解过程，阐明体系中光生电子和空穴的激发以及运输过程，深化对于此类新型三维石墨烯材料的光催化降解反应机理的认识，为制备高效光催化降解材料，特别是可见光催化降解材料提供科学依据。本申请项目不仅为制备新型光催化材料提供了一条崭新的途径，也可促进化学、材料与环境、能源等学科的交叉融合，具有重要的学术意义。

三维石墨烯复合材料的可控制备可以减轻二维片层石墨烯的团聚问题，对于拓展传统的二维石墨烯材料的应用具有潜在的价值。本项目通过聚合物微球和乳液液滴（原位聚合）为模板，制备了形貌可控的三维石墨烯/聚合物复合微球，并探讨了制备过程中的不同反应条件对微球形貌的影响，达到了复合微球可控制备的目标。对此复合材料进行光催化降解水中有机污染物的研究对于解决环境污染具有重要的科学意义和实用价值。因此，本项目在石墨烯/聚合物复合微球制备的基础上，通过进一步与银纳米粒子和二氧化钛纳米颗粒进行复合，进行了复合微球光催化降解水中有机染料的研究。研究结果表明，此复合微球具有优异的光催化降解水中有机染料的性能。在可见光照条件下，银/石墨烯/聚合物复合微球在2.5h 内可降解水中93%的亚甲基蓝；二氧化钛/石墨烯/聚合物复合微球在可见光照条件下，30分钟内，可催化降解水中96%的罗丹明B，光催化降解效果比市售二氧化钛更加有效。同时，研究阐明了复合微球光催化体系中光生电子和空穴的激发及运输过程。还原石墨烯(rGO)的存在可以加速电子的传导过程，加速了电子空穴对的分离。此研究深化了对此类复合材料光催化降解反应机理的认识，为制备高效光催化降解材料，特别是可见光降解材料提供了科学依据。