摘 要

本实验通过使用石墨烯来对BaTiO₃进行改性处理，使其成为更有催化活性的光催化材料。本实验采用一步法和两步法制造获取石墨烯/BaTiO₃的混合型新物质。前面说的第二种方法是先制备得到BaTiO₃这种物质，再将BaTiO₃这种物质与氧化石墨在反应釜里面反应生成得到最终的石墨烯/BaTiO₃复合材料。在两步法里做了三组对比实验，分别是氧化石墨占复合材料总质量比为5%，10%，15%。其中前面一种即一步法是直接将TiO₂和Ba(NO₃)₂以及氧化石墨混合超声后放入反应釜反应17h制备得到石墨烯/BaTiO3复合材料。一步法中做了四组对比实验，分别是石墨烯占复合材料总质量比为0%，2%，5%，8%。最后将一步法和两步法制备得到复合材料使用XRD和CV进行表征测试，看其是否制备成功，才能进行下一步，并且让其在紫外光照射下，在亚甲基蓝溶液中进行光催化降解。分析其实验数据与图谱，得出以下结论：

（1）一步法和两步法制备的石墨烯/BaTiO₃复合材料的XRD表征图谱都与纯BaTiO₃的XRD很类似，出现特征峰的角度基本一致，只是强度略有不同。

（2）一步法和两步法制备的石墨烯/BaTiO₃复合材料的CV图谱中都可以很明显的看出当氧化石墨占总质量比越高其C即比电容也越大，其电化学效果也越好。

（3）一步法和两步法制备的石墨烯/BaTiO₃复合材料的光催化实验结果中都可以得出当氧化石墨占总质量比越高其去除率越高，其光催化效果越好。

关键词：Hummers法；氧化石墨；石墨烯/BaTiO₃复合材料；光催化

Abstract

This experiment uses the graphene to treat BaTiO₃ to make it being a more active photocatalytic material. I used the one-step and two-step to process graphene/BaTiO₃ composites. We using Two-step method should prepare BaTiO₃ first, BaTiO₃ and then oxidized graphite reactor in which the reaction of the graphene / BaTiO₃ Composites. BaTiO₃ and graphite oxidation reaction graphene / BaTiO₃ composites in the reactor. In the two-step method of doing three sets of comparative experiments, graphite oxide is 5%, 10%, 15% of the whole sample. One-step put the TiO₂ and Ba (NO₃) ₂ and graphite oxide in the reactor reaction after ultrasonic to obtain graphene / BaTiO₃ composites. One step steed four sets of comparative experiments, in which graphene total mass ratio of 0%, 2%, 5%, 8%. Composite materials synthesized were characterized by XRD and CV, and allowed under UV irradiation, the methylene blue solution photocatalytic degradation. By analysising of the experimental data and graph, we get the following conclusions:

(1) The characterization of atlas of the XRD of Graphene/BaTiO₃ composites, which preapred by One-step and two-step , is very similar to pure BaTiO₃ XRD, the Angle of the characteristic peak is in the same, but strength is slightly different.

(2) In the CV grath of graphene/BaTiO₃ composites which is prepared by usingOne-step and two-step method，we can clearly see that when the graphite oxide to total quality higher than its specific capacitance is higher, the electrochemical effect is better.

(3) In the experiment result of graphene/BaTiO₃ composites which is prepared by usingOne-step and two-step method, we can see when graphite oxide to total mass ratio is higher, the higher removal rate and its photocatalytic effect is better.

Key Words：Hummers method；graphite oxide；graphene-BaTiO₃ composites materials；photocatalytic

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 I

第一章 绪论 1

1.1 石墨烯概述 1

1.1.1 石墨烯的结构 1

1.1.2 石墨的性质与用途 1

1.2 钛酸钡的概述 3

1.2.1 钛酸钡的结构 3

1.2.2 钛酸钡的性能 5

1.3半导体复合材料光催化的催化性能的研究简介 5

1.3.1 半导体光催化原理 5

1.3.2 半导体光催化剂催化性能改进 6

1.4测试技术概述 6

1.5 论文选题意义及可行性 7

1.5.1选题意义 7

1.5.2选题可行性 8

1.6 论文研究内容 8

第二章 氧化石墨的制备及其性能研究 10

2.1氧化石墨的简介 10

2.2氧化石墨的制备 10

2.2.1改进法Hummers法实验原理 10

2.2.2实验步骤 11

2.2.3实验所用仪器 12

2.2.4实验所用药品 12

2.3表征与测试 12

2.4本章小结 13

第三章 两步法石墨烯/钛酸钡复合材料的制备及其性能研究 15

3.1两步法实验简介 15

3.2石墨烯/钛酸钡复合材料的制备 15

3.2.1实验原理简介 15

3.2.2 BaTiO₃粉体的制备 15

3.2.3钛酸钡粉体的测试与分析 17

3.2.4石墨烯/钛酸钡复合材料的制备 17

3.2.5两步法合成的石墨烯/钛酸钡复合材料的测试和分析 19

3.3本章总结 22

第四章 一步法石墨烯/钛酸钡复合材料的制备及其性能研究 22

4.1一步法实验简介 22

4.2石墨烯/钛酸钡复合材料的制备 23

4.2.2实验对比数据 23

4.2.3实验步骤 23

4.3实验所需仪器 24

4.4实验所需药剂 25

4.5石墨烯/钛酸钡的复合材料测试与分析 25

4.5.1一步法制备的石墨烯/钛酸钡的复合材料XRD测试与分析 25

4.5.2石墨烯/钛酸钡的复合材料CV测试与分析 26

4.5.3光催化数据与分析 26

4.6本章小结 27

第五章 总结及展望 29

5.1实验总结 29

5.2展望 31

参考文献 32

第一章 绪论

1.1 石墨烯概述

1.1.1 石墨烯的结构

石墨烯是第一个以sp²形式结合形成的六边形形状的单层原子厚度的二维晶体，如图1-1（a）所示。它是一些众所周知的其他碳材料如金刚石的基本构建块。如图1-1（b）所示。自2004年发现石墨烯以来，它已经显示出非凡的特性，在比表面积和电子迁移率性能等方面都很好，其中包括了一个大的理论比表面积约为2630m²·g⁻¹，杰出的电子运输室温电子迁移率为2.5×10⁵cm²·V⁻¹·s⁻¹，独特的机械性能与杨氏模量。5000W·m⁻¹K⁻¹的超高导热系数，非凡的光学透明度，只有2.3%光的吸收强度。所以，石墨烯被用于传感器包括生物传感器、场效应晶体管、光电设备，存储设备，能源存储设备。此外还有各种基于石墨烯与聚合物、石墨烯与金属和石墨烯与金属氧化物合成的其他的新物质都证明了由于这种新的二维材料而使得其电子，机械，机电的性能都相对于原本的聚合物、金属、和金属氧化物有所提高。沃克和他的同事们在报告中指出，石墨烯可用于提高体氮化硅陶瓷的韧性，其研究结果表明，在石墨烯占1.5%体积分数的片晶上体陶瓷的断裂韧性提高235%。

图1-1 石墨烯：（a）石墨烯的结构示意图^[1]；（b）石墨烯是形成其他石墨的其他材料的基本结构；

1.1.2 石墨的性质与用途

（1）计算机芯片采用高速