Catalysis Today： 石墨烯杂化高能多面二氧化钛，用于透明自清洁涂层

文献速读

Catalysis Today：石墨烯杂化高能多面二氧化钛，用于透明自清洁涂层

题目

题目：Graphene hybridized high energy faceted titanium dioxide for transparent self-cleaning coatings

石墨烯杂化高能多面二氧化钛，用于透明自清洁涂层

关键词

自清洁；石墨烯；透明涂层；润湿性；TiO₂平面

来源

出版年份：2020

来源：Catalysis Today

课题组：印度科钦科技大学Honey John课题组

研究背景

由于对自消毒、无污染、环保卫生的需求日益增长，开发自清洁表面涂层正在兴起。自清洁涂层材料的主要要求是：具有高光催化活性以降解有机污染物；具有优异的抗菌性能、超亲水性，以便于通过冲洗降解污染物达到清洁表面的目的；同时还应具备良好的光学透明度、光稳定性和耐久性。TiO₂由于其良好的光电性能和环境友好性，在自清洁涂层应用的超亲水金属氧化物领域有较大前景。优良的结构组织、表面性质和固有电子特性是TiO₂优于其他半导体的物理化学性质的主要原因。然而，由于其对可见光有限的光学响应和较快的复合速率，TiO₂纳米颗粒本身的光催化和超亲水行为非常低。尽管负载贵金属的TiO₂表现出优异的光响应，但这些都是稀有金属且成本较高。石墨烯因其高导电性、高比表面积和优秀的光学特性而被认为是贵金属的良好替代品，且石墨烯可以增强TiO₂的光响应特性，并作为电子的良好清除剂。

研究出发点

本文报道了一种新的定制水热改性溶胶-凝胶法合成负载TiO₂的超亲水石墨烯，讨论石墨烯层对TiO₂光催化和超亲水性能的增强作用及其影响。

研究内容

通过锐钛矿型TiO₂与石墨烯片的杂化，制备并开发了一种透明的超亲水自清洁纳米涂层，利用拉曼光谱、透射电镜和DRS紫外-可见光谱分析对合成样品的物相、结晶度、暴露面和光学性质进行研究。

图1 T1-3和T1-3/G混合体的TEM图像，相应的直方图显示了粒度分布；（a）的插图显示了椭球体TiO₂的三维模型，显示了不同的面。红色箭头指向石墨烯薄片

图2 T1-3/G杂化材料中电荷转移机理图

图3 T1-3/G旋涂玻璃表面紫外线照射前后的接触角测量（a）、透射光谱（b）和光学图像（c）

主要结论

采用水热改性溶胶-凝胶法合成了TiO₂与石墨烯的二元杂化物。石墨烯具有较高的电子迁移率，因此有利于光生电荷分离。从PL光谱可以证实，石墨烯清除CB电子可以提高TiO₂中的复合时间。因此，石墨烯和TiO₂之间产生的协同作用使所制备的涂层具有优异的自清洁性能，在紫外线照射150分钟后，染料降解率为100%，在紫外线照射15分钟后，水接触角接近0°，透明度为94%。因此， TiO₂/石墨烯杂化物显示了作为透明超亲水自清洁纳米涂层在太阳能电池板、光致变色屏、玻璃窗、医院房间、食品工业等方面的应用前景。

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.09.029