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石墨烯基光催化氧化具有非常良好的光學特性
石墨烯內(nèi)部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp2雜化軌道成鍵，并有如下的特點：碳原子有4個價電子，其中3個電子生成sp2鍵，即每個碳原子都貢獻一個位于pz軌道上的未成鍵電子，近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵，新形成的π鍵呈半填滿狀態(tài)。研究證實，石墨烯中碳原子的配位數(shù)為3，每兩個相鄰碳原子間的鍵長為1.42×10-10米，鍵與鍵之間的夾角為120°。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環(huán)的蜂窩式層狀結(jié)構(gòu)外，每個碳原子的垂直于層平面的pz軌道可以形成貫穿全層的多原子的大π鍵（與苯環(huán)類似），因而具有優(yōu)良的導電和光學性能。石墨烯和TiO2之間的復合使具有優(yōu)良特性的納米模塊連接起來，大大提高其光生載流子的傳遞效率，尤其是硼摻雜石墨烯不僅可以傳輸電子還可以傳輸空穴。然而，單純摻雜石墨烯以及團聚態(tài)的復合仍然難以實現(xiàn)復合材料表面電子和空穴的定向轉(zhuǎn)移。
石墨烯尺寸的減小可以提高其費米能級，使電子的還原能力增強。然后，課題組在制得的硼摻雜石墨烯納米帶表面繼續(xù)負載TiO2納米顆粒，經(jīng)過劇烈攪拌與超聲處理以后，石墨烯納米帶被進一步剪切成尺寸更小的納米片結(jié)構(gòu)，其電子還原能力大大增強。這樣，所制備的TiO2復合硼摻雜石墨烯納米片結(jié)構(gòu)即具有高的氧化降解有機污染的能力，又同時具備高的光還原CO2的能力。
采用氧化還原的化學方法將石墨制備成氧化石墨烯和還原的氧化石墨烯（reduced Graphene Oxide，rGO），并對其運用了電鏡等多種實驗手段進行材料分析表征。采用溶液混合法分別制備了不同比例的ZnO-GO以及ZnO-GO-Pd的復合材料，并對其進行了系統(tǒng)的表征以及討論了不同比例和不同材料對染料光催化性能的影響。這種特殊結(jié)構(gòu)蘊含了豐富而新奇的物理現(xiàn)象，使石墨烯具有高導電率，優(yōu)良的電子遷移速率，更大的比表面積等特性。因此，石墨烯一直被視為能夠合成功能性復合材料的重要材料之一。