优化TiO2/石墨烯复合材料结构和导电性的研究进展

陈 颖,赵 宇,韩星月

(东北石油大学化学化工学院,大庆 163318)



优化TiO2/石墨烯复合材料结构和导电性的研究进展

陈 颖,赵 宇,韩星月

(东北石油大学化学化工学院,大庆 163318)

在阐述石墨烯的制备方法,TiO2/石墨烯复合材料光催化机理的基础上,重点从增强TiO2/石墨烯复合材料界面接触和优化石墨烯电子结构两个角度,归纳了优化TiO2/石墨烯复合材料结构和导电性的研究进展,并对TiO2/石墨烯复合材料的研究前景进行了展望。

TiO2/石墨烯； 光催化； 界面接触； 电子结构

1 引 言

随着工业化的发展,环境污染和能源短缺已成为全球性问题。而光催化技术在降解有机物和光解水制氢等领域的应用恰好可以针对以上两大问题。1972年,Fujishima和Honda首次在《Nature》杂志上报道TiO2晶体可以在紫外光的照射下光解水制氢,这一突破激发了人们对光催化领域的研究热情[1]。在过去的40多年里,人们已在该领域获得了突破性的进展,光催化剂的种类不断推陈出新,应用范围也不断扩大。

2004年,英国曼彻斯特大学的物理学家Geim和Novoselov制备出新型的纳米材料石墨烯[2]。石墨烯是由碳原子以sp2杂化方式连接的六方蜂巢型二维单层原子晶体,厚度仅有0.335 nm,是迄今为止世界上最薄的材料。石墨烯具有良好的导电性,化学稳定性、和较高的比表面积等优良的物理化学性能,因此可以有效的应用于光催化领域的复合材料的制备[3]。

2008年,Kamat等首次将氧化石墨粉末加入TiO2胶体中超声,得到包裹着TiO2纳米粒子的氧化石墨烯悬浮液,在氮气的保护下用紫外光照射悬浮液,制得TiO2/石墨烯复合材料。研究表明,TiO2作为光催化剂将光电子转移至石墨烯表面,抑制了电子-空穴的复合,提高了光催化量子效率[4]。该研究开辟了具有良好的光催化性能的TiO2/石墨烯复合材料。“2015石墨烯周”在曼彻斯特大学开幕,其中以石墨烯为基础的纳米复合材料成为本次大会集中关注的焦点。虽致力于将这些具有突出导电性的TiO2/石墨烯复合材料应用于光氧化还原相关的领域,但是我们仍缺乏最大化利用石墨烯改善TiO2光催化性能的机理研究工作。本文论述了TiO2/石墨烯复合材料制备方法,并从机理角度出发,总结了通过优化石墨烯结构和导电性改善光催化性能的研究工作。

2 石墨烯的制备方法

自Geim等于2004年通过机械剥离法成功制得具有优异性能的单层石墨烯薄膜,石墨烯的制备及应用成为近几年的研究热点。石墨烯的制备方法大致可分为top-down和bottom-up两种方法[5]。top-down法是以碳单质为碳源,通过物理和化学剥离制得单层或寡层石墨烯,例如机械剥离法[6]和氧化还原法[7]。bottom-up法是以小分子含碳化合物为原料合成大分子的单层或寡层石墨烯,例如有气相沉积法[8]和有机合成法[9],但这类方法由于产量低,费用高以及制备方法复杂等局限难以实现批量生产。

其中,最常用的是通过Hummer法制得氧化石墨烯(GO),作为TiO2/石墨烯复合材料复合材料的前驱体[10]。但此法制得的GO表面含有-COOH和-OH等含氧官能团,这些官能团的结构缺陷破坏了石墨烯的π键和结构,使石墨烯的导电性能大幅度下降。为恢复良好的导电性,通过还原法除去这些官能团,得到还原的氧化石墨烯(RGO),但RGO导电性仍低于理想的单层石墨烯[11]。石墨烯的制备方法,GR、GO和RGO的结构差异如图1所示。

图1 石墨烯的制备方法Fig.1 Preparation method of graphene

图2 TiO2/石墨烯复合材料光催化作用机理Fig.2 Photocatalysis mechanism of TiO2/grapheme composites

3 TiO2/石墨烯复合材料光催化作用机理

近几年,TiO2/石墨烯复合光催化剂表现出良好的光催化性能。石墨烯增强光催化性能的机理归纳为以下几点。

(1)石墨烯具有极高的电子迁移率,延长电子-空穴对的寿命。如图所示,光子能量等于或大于禁带宽度的光照射TiO2时,其价带上的电子可被激发跃迁至导带,在价带产生相应的空穴,TiO2的内部生成电子(e-)-空穴(h+)对。电子-空穴对仅有纳秒级的寿命,复合会降低TiO2的光催化量子效率。从热力学可行性分析,石墨烯具有极高的电子迁移率1.5×104cm/(V·s),将TiO2与石墨烯复合,若TiO2的导带电位(4.21 eV)[12]低于石墨烯的电子逸出功(4.42 eV)[13]时,则TiO2的光生电子可以通过复合界面转移到石墨烯表面就可以将光生电子迅速传递到到目标反应物上,有效抑制电子和空穴复合,提高光催化量子效率。Wang[14]等报道了TiO2与石墨烯之间光生电子传递的研究,通过瞬态光电压技术测得复合石墨烯后,TiO2电子-空穴对的寿命延长了10-7～10-5s。Kamat[15]等通过TiO2+RGO(e)颜色的变化,探究光生电子的逐步转移过程,证实了石墨烯具有接收/转移电子的能力。

(2)形成掺杂能级,降低TiO2/石墨烯的带隙能。在一定条件下,石墨烯的未成对π电子和Ti原子间的相互作用,可以形成Ti-O-C掺杂化学键,从而降低半导体的禁带宽度。Lee[16]和Zhang[17]等将石墨烯与TiO2复合,均出现红移现象,证明石墨烯会降低复合体系的带隙能,这样就提高吸收光强度并扩宽吸收光范围,进而更加充分利用太阳光。

(3)增强对污染物的吸附强度。石墨烯与某些污染物间具有π-π共轭作用,增大复合材料对污染物的吸附强度,从而提高光催化降解率。

(4)增加光催化反应活性位点。石墨烯具有较高的比表面积,可以增加复合体系的光催化反应活性位点,提高光催化效率。除此,TiO2/石墨烯复合材料还可以抑制石墨烯的重叠和TiO2的聚集。

4 优化TiO2/石墨烯结构和导电性的研究

TiO2/石墨烯的制备过程中,虽然还原GO制得的RGO具有较低的导电性能和较多的缺陷数量,但此方法凭借费用低,制备方法温和,GO具有灵活的加工性等优势广泛应用在光催化的各个领域。相反,虽然机械剥离法及气相沉积法可制得高质量的石墨烯,但是不能实现大量生产。为了有效提高TiO2/石墨烯复合材料的光催化性能,应致力于充分优化TiO2/石墨烯的结构和导电性从而提高界面载流子的迁移率。归纳为以下几点。

4.1 增强界面接触

(1)利用GO结构导向性,促进TiO2在GO表面的原位生长。光生载流子转移主要发生在复合材料的界面领域,因此石墨烯与TiO2界面接触的最大化是优化石墨烯导电性的有效方法。由于深度氧化的GO在溶液中具有独特的结构导向性,为促进石墨烯与TiO2的充分接触,通常用TiO2的可溶性前驱体代替固体颗粒。这样TiO2可以在GO表面成核并生长,得到可调控TiO2/石墨烯复合材料。

Xu[18]等利用GO在溶液中的结构导向性,构造了具有深度界面接触的RGO-TiO2复合材料,良好的界面接触和特殊的结构组成有利于光生载流子的分离和转移,提高光催化活性。周建伟[19]等以氧化石墨和TiCl3为原料,采用原位液相法制备了TiO2/石墨烯纳米复合材料,具有良好的光催化还原CO2性能。

(2)调整TiO2表面电荷,促进TiO2与GO自组装生长。GO表面含有大量含氧官能团,使得碳层带负电荷。通过表面修饰辅助,将TiO2表面带有相反的电荷,增大GO和TiO2之间的静电作用,这种自组装法增强了TiO2/石墨烯复合材料的界面接触。此方法具有形貌可调控性。

Lee[20]等使用APTMS偶联剂将sol-gel法制得的TiO2纳米球表面氨基化,并通过一步水热法与表面带负电荷的GO进行自组装复合,还原GO的同时晶化TiO2。制得的RGO-TiO2在降解MB上展现出良好的可见光光催化性能。此复合不仅提高了光生电子在TiO2/石墨烯复合界面的电子迁移率,TiO2的禁带宽度也由3.2 eV减少到2.8 eV。可能由于水热处理后,RGO的C原子含有未成对的π电子,易与TiO2表面的Ti原子形成掺杂能级,减低其禁带宽度。这样TiO2的导带不仅可以通过石墨烯得到MB的光生电子,还可以得到其本身禁带上的可见光光生电子,从而提高了TiO2的光催化性能。Wee[21]等通过自组装法制得了暴露{001}晶面的N-TiO2/石墨烯复合材料,具有良好的光催化还原CO2活性。Rambabu[22]等通过电化学腐蚀法制得TiO2纳米管,并通过硅烷化制得RGO包裹TiO2纳米管复合材料,有效降低了电荷转移电阻。

除此,Xu[23]等合成了RGO-ZnO复合材料,该材料具有良好的界面接触,抗光腐蚀性,形貌可控性和统一性以及良好的光催化活性。可归于以下几点：首先,ZnO和RGO之间亲密的界面接触有助于光生载流子的转移从而增长载流子的寿命；其次,RGO包裹ZnO可以形成避免ZnO光腐蚀的防护层；最后,RGO可以通过染料与RGO上的芳香族的p-p共轭吸收染料,染料将会直接与光生空穴反应,这能抑制光腐蚀过程,从而挺高了抗光腐蚀性。

(3)利用GR的双极性场效应,构造p-n异质结结构。n型半导体与p型半导体的典型区别在于前者的导电载流子为电子,而后者的导电载流子为空穴。TiO2为典型的n型半导体,而GR可以在n型和p型之间转换[24]。如图3a所示,在二维六边形布里渊角的低能区域,GR的价带和导带在狄拉克点相交,具有零隙半导体和半金属性质。这种零带隙的材料最大电阻没有足够大(没有明显的关闭状态),产生双极性场效应,在电中性点上下可发生n型或p型半导体之间的转换。利用这种可调的电子反应,可以构造出p-n异质结结构(图3b)。此结构在界面附近形成空间电荷区(图3c),产生自建电场；能带弯曲,产生“尖峰”和“凹口”,“尖峰”抑制了电子向宽带一侧运动,从而载流子运动方向受到限制,抑制光生电子-空穴的复合,提高光催化效率。

图3 TiO2/石墨烯p-n异质结机理;(a)石墨烯的能 带结构;(b)p-n异质结能带图;(c)p-n异质结空间电荷区Fig.3 p-n junction mechanism of TiO2/grapheme;(a)band structure of grapheme;(b)band structure of p-n junction; (c)space charge region of p-n junction

Zhang[25]等从增强界面接触角度出发,通过控制加氢温度调节GO的还原程度,从而实现可调性构造GR的能带结构和半导体类型,制得p-n异质结型TiO2@RGO复合材料。此复合材料在提高载流子迁移率的同时有效抑制光生电子-空穴的复合,具有良好的光催化性能。Li[26]等使用液相激光烧蚀法(LAL)一步合成具有异质结结构的TiO2/石墨烯复合材料,其禁带宽度降低了0.87 eV,更有利于可见光的吸收。

除以上方法,可以调节石墨烯维度,Pathak[27]报道炭的同素异形体与一维TiO2的界面接触强度为：石墨烯量子点(GOQ)>还原氧化石墨烯(RGO)>碳纳米管(CNT)>富勒烯球(C60)。

4.2 优化石墨烯的电子结构

(1)减少石墨烯的缺陷数量。可控制备缺陷数量少且分散性良好的石墨烯,是提高TiO2/石墨烯复合材料导电性的基础。受溶剂剥离碳纳米棒启发,Coleman[28-30]等在n-甲基吡咯烷酮有机溶剂中液相剥离石墨,制得溶剂剥离石墨烯(SEG),含有较少的氧化物和缺陷数量。Hersam[31]等在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中超声剥离石墨得到SEG,并通过对比SEG与溶剂还原氧化石墨烯(SRGO)的拉曼光谱图和表面电阻率说明缺陷数量对导电性的影响。拉曼光谱图ID/IG值反映了石墨烯的局部缺陷(特别是sp3杂化缺陷)与其sp2杂化领域的比值,SEG 的ID/IG为0.17,而SRGO的ID/IG为0.99,说明SEG具有较少的缺陷数量。同时,表面电阻率显示SRGO的表面电阻比SEG高了2.4倍。这些充分说明减少石墨烯的缺陷数量可以提高导电性。这样将SEG与TiO2复合,得到具有良好光催化性能的SEG-TiO2复合纳米材料。这些充分证明SEG具有更少的缺陷数量和表面电阻,可以提高复合界面载流子的迁移率,有利于TiO2/石墨烯复合材料的光催化性能。

(2)构造以石墨烯为基础的3D宏观结构。利用GO简便易弯曲的加工性能及在溶液中的结构导向性能调整TiO2/石墨烯复合材料的形态和结构[32,33]。RGO的结构和晶型对其物化性能和导电性能有很大的影响[34]。提高TiO2/石墨烯复合材料的光催化性能并不仅要提高载流子的迁移率,还要考虑其他因素,例如比表面积,传质动力学和复合材料的协同作用都有可能影响光催化反应的氧化还原过程。以石墨烯为基础的3D宏观结构,具有良好的三维导电网络,和较高的比表面积,同时解决了二维微片易团聚的问题。模板法[35-37],溶剂热法[38,39]和溶胶凝胶法[40,41]已成为制备3D宏观结构复合材料(例如多孔薄膜,泡沫,气凝胶,支架和网络)的有效手段。

Zhang[42]报道了一步水热法合成3D结构的TiO2/石墨烯气凝胶复合材料(TiO2/GA),利用葡萄糖作为偶联剂制得暴露(001)晶面具有介孔结构的TiO2/GA。葡萄糖的一端羟基与TiO2晶面相连另一端羟基与GR相连,促进微纳米晶体在石墨烯表面的原位生长,加强与石墨烯的相互作用。具有3D宏观结构的TiO2/GA表现出强烈的疏水性,有益于光催化剂的循环再生。TiO2/GA的多孔结构,比表面积高达204 m2·g-1,这种分层的孔道结构和高比表面增强对有机污染物的吸附能力。另外,GA的引入提高了TiO2/GA界面的电子迁移,在降解甲基橙污染物上表现出较高的活性。Jang[43]等利用气凝胶喷雾干燥法得到3D褶皱石墨烯(3D CGR),溶液混合法得到3D CGR/ TiO2复合材料,具有良好的导电性能。Zhang[44]等使用水热法将TiO2与石墨烯气凝胶自组装复合,所制得的复合材料具有较高的比表面积和良好的复合界面协同作用。Yang[45]等使用原位生长法,并以纤维素为中间体制得的三维的TiO2/石墨烯复合材料具有较高的电容性。

5 展 望

自2004年,石墨烯一直成为光催化领域的研究热点,而随着TiO2工艺的日渐成熟的更加引发了TiO2/石墨烯复合材料的研究热潮。然而寻求光催化性能优异的TiO2/石墨烯复合材料不仅仅局限在石墨烯良好的导电性上,需更加深入的探索,可以从以下几点出发：(1)TiO2和石墨烯的尺寸、形貌、晶型和导电性均会影响TiO2/石墨烯复合材料的光催化性能，可以构造特殊维度的TiO2/石墨烯复合材料,例如将一维或二维的TiO2与石墨烯复合；(2)寻求更好的方法增强TiO2/石墨烯复合材料的界面接触,这样不仅可以提高石墨烯的导电性,而且还增强电子-空穴对的寿命；(3)理论与实验相结合,探索更多的新型复合材料。

[1] Fujishima,Honda.Photolysis-decomposition of water at surface of an irradiated semiconductor[J].Nature,1972,37(1): 238-245.

[2] Novoselov K S,Geim A K,Morozov S V,et al.Electric field effect in atomically thin carbon films[J].Science,2004,306：666-669.

[3] 史永贵,王 东,张进成,等.化学气相沉积法生长石墨烯的研究[J].人工晶体学报,2014,43(7): 1620-1627.

[4] Williams G,Seger B,Kamat P V.TiO2-graphene nanocomposites. UV-assisted photocatalytic reduction of graphene oxide[J].ACSNano,2008,2(7): 1487-1491.

[5] Zhang N,Zhang Y,Xu Y J.Recent progress on graphene-based photocatalysts: current status and future perspectives[J].Nanoscale,2012,4(19): 5792-5813.

[6] Chang Y M,Kim H,Lee J H,et al.Multilayered graphene efficiently formed by mechanical exfoliation for nonlinear saturable absorbers in fiber mode-locked lasers[J].AppliedPhysicsLetters,2010,97(21): 211102.

[7] Stankovich S,Dikin D A,Piner R D,et al.Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide[J].Carbon,2007,45(7): 1558-1565.

[8] Losurdo M,Giangregorio M M,Capezzuto P,et al.Graphene CVD growth on copper and nickel: role of hydrogen in kinetics and structure[J].PhysicalChemistryChemicalPhysics,2011,13(46): 20836-20843.

[9] Wissler M.Graphite and carbon powders for electrochemical applications[J].JournalofPowerSources,2006,156(2):142-150.

[10] Hidayah N M S,Liu W W,Chin W L,et al.Effect on variation of KMnO4amount for production of graphene oxide (GO)[C]//advanced materials research[J].TransTechPublications,2016,1133: 476-480.

[11] Higgins D,Zamani P,Yu A,et al.The application of graphene and its composites in oxygen reduction electrocatalysis:a perspective and review of recent progress[J].Energy&EnvironmentalScience,2016,9(2): 357-390.

[12] Li Y,Sasaki T,Shimizu Y,et al.Hexagonal-close-packed,hierarchical amorphous TiO2nanocolumn arrays: transferability,enhanced photocatalytic activity,and superamphiphilicity without UV irradiation[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2008,130(44): 14755-14762.

[13] Guo C X,Yang H B,Sheng Z M,et al.Layered graphene/quantum dots for photovoltaic devices[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2010,49(17): 3014-3017.

[14] Wang P,Zhai Y,Wang D,et al.Synthesis of reduced graphene oxide-anatase TiO2nanocomposite and its improved photo-induced charge transfer properties[J].Nanoscale,2011,3(4): 1640-1645.

[15] Lightcap I V,Kosel T H,Kamat P V.Anchoring semiconductor and metal nanoparticles on a two-dimensional catalyst mat.Storing and shuttling electrons with reduced graphene oxide[J].NanoLetters,2010,10(2):577-583.

[16] Lee J S,You K H,Park C B.Highly photoactive,low bandgap TiO2nanoparticles wrapped by graphene[J].AdvancedMaterials,2012,24(8): 1084-1088.

[17] Zhang H,Lv X,Li Y,et al.P25-graphene composite as a high performance photocatalyst[J].ACSNano,2009,4(1):380-386.

[18] Zhang Y,Tang Z R,Fu X,et al.Engineering the unique 2D mat of graphene to achieve graphene-TiO2nanocomposite for photocatalytic selective transformation: what advantage does graphene have over its forebear carbon nanotube[J].ACSNano,2011,5(9): 7426-7435.

[19] 周建伟,王储备,褚亮亮,等.TiO2/石墨烯纳米复合材料制备及其光催化性能研究[J].人工晶体学报,2013,42(4): 762-767.

[20] Lee J S,You K H,Park C B.Highly photoactive,low bandgap TiO2nanoparticles wrapped by graphene[J].AdvancedMaterials,2012,24(8): 1084-1088.

[21] Ong W J,Tan L L,Chai S P,et al.Self-assembly of nitrogen-doped TiO2with exposed {001} facets on a graphene scaffold as photo-active hybrid nanostructures for reduction of carbon dioxide to methane[J].NanoResearch,2014,7(10): 1528-1547.

[22] Rambabu Y,Jaiswal M,Roy S C.Enhanced photo-electrochemical performance of reduced graphene-oxide wrapped TiO2multi-leg nanotubes[J].JournalofTheElectrochemicalSociety,2016,163(8): H652-H656.

[23] Weng B,Yang M Q,Zhang N,et al.Toward the enhanced photoactivity and photostability of ZnO nanospheres via intimate surface coating with reduced graphene oxide[J].JournalofMaterialsChemistryA,2014,24(2): 9380-9389.

[24] Weiss N O,Zhou H,Liao L,et al.Graphene:an emerging electronic material[J].AdvancedMaterials,2012,24(43): 5782-5825.

[25] Zhang X,Chen Z.The enhanced photoactivity of hydrogenated TiO2@ reduced graphene oxide with p-n junctions[J].RSCAdvances,2015,33(5): 26328-26334.

[26] Li L,Yu L,Lin Z,et al.Reduced TiO2-graphene oxide heterostructure as broad spectrum-driven efficient water-splitting photocatalysts[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2016,13(8): 8536-8545.

[27] Pathak P,Israel L H,Pereira E J M,et al.Effects of carbon allotrope interface on the photoactivity of rutile 1D TiO2coated with anatase TiO2and sensitized with CdS nanocrystals[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2016.

[28] Hernandez Y,Nicolosi V,Lotya M,et al.High-yield production of graphene by liquid-phase exfoliation of graphite[J].NatureNanotechnology,2008,3(9): 563-568.

[29] Coleman J N.Liquid exfoliation of defect-free graphene[J].AccountsofChemicalResearch,2012,46(1): 14-22.

[30] Coleman J N.Liquid‐phase exfoliation of nanotubes and graphene[J].AdvancedFunctionalMaterials,2009,19(23): 3680-3695.

[31] Liang Y T,Vijayan B K,Gray K A,et al.Minimizing graphene defects enhances titania nanocomposite-based photocatalytic reduction of CO2for improved solar fuel production[J].NanoLetters,2011,11(7): 2865-2870.

[32] Zhang N,Zhang Y,Yang M Q,et al.A critical and benchmark comparison on graphene-, carbon nanotube-, and fullerene-semiconductor nanocomposites as visible light photocatalysts for selective oxidation[J].JournalofCatalysis,2013,299:210-221.

[33] Yuan L,Yang M Q,Xu Y J.A low-temperature and one-step method for fabricating ZnIn2S4-GR nanocomposites with enhanced visible light photoactivity[J].JournalofMaterialsChemistryA,2014,35(2): 14401-14412.

[34] Sudeep P M,Narayanan T N,Ganesan A,et al.Covalently interconnected three-dimensional graphene oxide solids[J].ACSNano,2013,7(8): 7034-7040.

[35] Chen S,Duan J,Jaroniec M,et al.Three-dimensional N-doped graphene hydrogel/NiCo double hydroxide electrocatalysts for highly efficient oxygen evolution[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2013,52(51): 13567-13570.

[36] Sun H,Cao L,Lu L.Bacteria promoted hierarchical carbon materials for high-performance supercapacitor[J].Energy&EnvironmentalScience,2012,5(3): 6206-6213.

[37] Choi B G,Yang M H,Hong W H,et al.3D macroporous graphene frameworks for supercapacitors with high energy and power densities[J].ACSNano,2012,6(5): 4020-4028.

[38] Jahan M,Bao Q,Yang J X,et al.Structure-directing role of graphene in the synthesis of metal organic framework nanowire[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2010,132(41): 14487-14495.

[39] Srinivas G,Burress J W,Ford J,et al.Porous graphene oxide frameworks: synthesis and gas sorption properties[J].JournalofMaterialsChemistry,2011,21(30): 11323-11329.

[40] Worsley M A,Pauzauskie P J,Olson T Y,et al.Synthesis of graphene aerogel with high electrical conductivity[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2010,132(40): 14067-14069.

[41] Worsley M A,Olson T Y,Lee J R I,et al.High surface area,sp2-cross-linked three-dimensional graphene monoliths[J].TheJournalofPhysicalChemistryLetters,2011,2(8): 921-925.

[42] Qiu B,Xing M,Zhang J.Mesoporous TiO2nanocrystals grown in situ on graphene aerogels for high photocatalysis and lithium-ion batteries[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2014,136(16): 5852-5855.

[43] Jang H D,Jo E H,Chang H,et al.Incorporation of 3D crumpled graphene in nanostructured TiO2films for dye-sensitized solar cells[J].MaterialsLetters,2015,142: 304-307.

[44] Zhang J J,Wu Y H,Mei J Y,et al.Synergetic adsorption and photocatalytic degradation of pollutants over 3D TiO2-graphene aerogel composites synthesized via a facile one-pot route[J].Photochemical&PhotobiologicalSciences,2016,15(8): 1012-1019.

[45] Yang D,Bai W,Sun J,et al.Cellulose tailored anatase TiO2nanospindles in three-dimensional graphene composites for high-performance supercapacitors[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2016,19(8): 12165-12175.

Research Progress on Optimizing the Structure and the Electronic Conductivity of TiO2/Graphene Composites

CHENYing,ZHAOYu,HANXing-yue

(School of Chemistry and Chemical Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China)

The preparation methods of grapheme are introduced and the high properties of TiO2/Graphene composites in the field of photocatalysis are analyzed. On this basis, the optimization research of the structure and the electronic conductivity of TiO2/Graphene composites are concluded with emphasis, regarding to optimize the electronic structure of graphene and strengthen the interfacial contact between graphene and TiO2, and the research prospect of TiO2/graphene composites was discussed.

TiO2/graphene;photocatalysis;interfacial contact;electronic structure

国家自然科学基金( 51146008)

陈 颖(1965-)，女，教授.主要从事光催化与环境污染控制研究.

TB34

A

1001-1625(2016)09-2879-06