一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开的一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法，包括以下步骤：制备金纳米棒或金纳米颗粒晶种溶液；以金纳米棒或金纳米颗粒为内核制备氧化亚铜包覆金纳米棒或氧化亚铜包覆金纳米颗粒；在氧化亚铜包覆金纳米棒或氧化亚铜包覆金纳米颗粒上沉积金纳米颗粒或钯纳米颗粒即得。本发明专利技术通过构建具有特殊形貌和结构的贵金属‑半导体纳米复合材料，有效利用Au/Pd的LSPR效应对半导体材料的性能进行改善，解决了单一材料中存在的缺陷和不足，拓宽了光催化剂的光吸收范围，同时也有效的促进了电子‑空穴对的分离，使其具有更为高效的催化性能，实现了材料的多功能化应用。

Preparation of a Ternary Composite Enhanced Photocatalyst with Surface Plasmon Resonance

【技术实现步骤摘要】
一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法
本专利技术属于光催化
，具体涉及一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法。
技术介绍
随着我国经济快速发展和科技的进步，人们在创造了巨大社会财富的同时对生态环境也造成了不小的影响，因此解决当今日益严重的环境污染问题是实现可持续发展的重要保障。光催化降解技术成为传统治理污染的完善和补充，具有很好的实际应用前景。光降解有机物反应只消耗太阳光中的光能。通过对光催化剂的掺杂、复合和敏化等改性后，能够很好的在常温常压下进行降解反应，彻底降解水和空气中的有机污染物，转变为水、二氧化碳等无害物质，同时避免了催化剂对环境造成的二次污染。Cu2O是一种典型的p型金属氧化物半导体，其禁带宽度约为2.2eV，在纳米材料合成中，其颜色随颗粒尺寸大小的变化可表现为黄色，橘红色，棕红色等多种颜色。因无毒，具有高电荷转移能力，表面形貌多样可控、吸收光谱位于可见光波段等优点被广泛利用在光降解有机物、光催化还原CO2、H2以及光电化学领域，但是半导体光电转化效率较低的问题也是显而易见的。Au/Pd等贵金属材料由于具有表面等离子体共振效应可以拓宽材料的光吸收范围并有效的限制电子空穴对的回迁复合，被广泛的应用于光催化领域，但由于其价格昂贵的原因受到限制。在诸多光催化材料中，纳米级贵金属和半导体材料因其具有尺寸效应、量子效应及界面效应的特殊性质，可以有效增强材料对光能的吸收与转化，提高使用效率。因此，通过制备多组分复合材料，从而实现保留各组分中的优势特点，进而可以高效转换光能。目前，对贵金属-半导体纳米复合材料的相关研究主要集中于在构建表面修饰型和全包覆核壳结构型纳米复合材料，但如何优化反应条件以提高材料的应用性能仍未得到很好解决，贵金属和半导体材料间相互作用的机制等方面仍需进一步深入研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法，制备出的光催化剂有效利用Au/Pd的LSPR效应对半导体材料的性能进行改善，使其具有高效的催化性能。本专利技术所采用的技术方案是：一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备金纳米棒或金纳米颗粒晶种溶液；步骤2：以步骤1中制得的金纳米棒或金纳米颗粒为内核制备氧化亚铜包覆金纳米棒或氧化亚铜包覆金纳米颗粒；步骤3：在步骤2中制得的氧化亚铜包覆金纳米棒或氧化亚铜包覆金纳米颗粒上沉积金纳米颗粒或钯纳米颗粒即得。本专利技术的特点还在于，步骤2具体包括：步骤2.1：以质量比为1：14取Cu(NO3)2和SDS溶于体积为V的超纯水中并搅拌，其中，Cu(NO3)2与超纯水的质量体积比为1：200，质量单位为g，体积单位为mL；步骤2.2：加入体积为V/20-9V/20的金纳米棒或金纳米颗粒晶种溶液并搅拌均匀；步骤2.3：逐滴滴加体积为V/2的NaOH溶液，慢速搅拌20-25min，随后在快速搅拌条件下逐滴滴加体积为V/2的水合肼溶液，反应40-45min后离心；步骤2.4：将步骤2.3中得到的离心产物分散至体积为V/4的超纯水中，得氧化亚铜包覆金纳米棒或氧化亚铜包覆金纳米颗粒。步骤2.2中金纳米棒或金纳米颗粒晶种溶液的浓度为5mM，步骤2.3中NaOH溶液浓度为2M、水合肼溶液为含有50μL的85％水合肼溶液。步骤2.3中慢速搅拌的速度为150r/min，快速搅拌的速度为300r/min，离心参数为7500r/min×5min×3次。步骤3具体包括：步骤3.1：将步骤2.4得到的产物倒入烧杯中，加入体积为V的超纯水置于超声机中充分分散；步骤3.2：取体积为V/16-3V/16的HAuCl4或H2PdCl4溶液，将其分散至体积为V的超纯水中；步骤3.3：将步骤3.2中得到分散后的HAuCl4或H2PdCl4溶液一次性倒入烧杯中超声后离心，离心后干燥即得。步骤3.2中HAuCl4或H2PdCl4溶液的浓度为10mM。步骤2.2中金纳米棒或金纳米颗粒晶种溶液物质的量与步骤3.2中HAuCl4或H2PdCl4溶液物质的量比值为1：1。步骤3.3中超声时长为3-8min，离心参数为8000r/min×5min×3次。步骤2.1中Cu(NO3)2的质量为0.025-0.4g。步骤2.1中Cu(NO3)2的质量为0.1g。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法，通过构建具有特殊形貌和结构的贵金属-半导体纳米复合材料，有效利用Au/Pd的LSPR效应对半导体材料的性能进行改善，解决了单一材料中存在的缺陷和不足，拓宽了光催化剂的光吸收范围，同时也有效的促进了电子-空穴对的分离，使其具有更为高效的催化性能，实现了材料的多功能化应用。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的三元复合增强光催化剂的SEM结果图；图2是本专利技术实施例1制得的三元复合增强光催化剂的EDX结果图；图3a是本专利技术实施例1制得的三元复合增强光催化剂的HAADF-STEM结果图，图3b、图3c、图3d依次为产物中O、Cu、Au的元素分布图；图4a、图4b依次是本专利技术实施例1中组分加入量同比例缩小和扩大后制得的三元复合增强光催化剂的SEM结果图；图5是本专利技术实施例2制得的三元复合增强光催化剂的SEM结果图；图6是本专利技术实施例2制得的三元复合增强光催化剂的EDX结果图；图7是本专利技术实施例3制得的三元复合增强光催化剂的SEM结果图；图8是本专利技术实施例3制得的三元复合增强光催化剂的EDX结果图；图9a、图9b、图9c分别是实施例4中不同用量的AuNRs制得的三元复合增强光催化剂的SEM结果图；图10a、图10b、图10c分别是实施例5不同用量的HAuCl4溶液制得的三元复合增强光催化剂的SEM结果图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备金纳米棒或金纳米颗粒晶种溶液；其中金纳米棒的制备采用现有晶种生长法，在CTAB-NaOL双表面活性剂体系下制备AuNRs。具体的步骤如下：超纯水中加入CTAB和NaOL溶解后，加入AgNO3溶液充分搅拌后静置，再加入HAuCl4溶液，随后，加入一定量浓HCl调节溶液pH值，加入AA溶液快速搅拌后加入一定体积新制备的Au晶种溶液。Au晶种溶液制备方法如下：CTAB溶液中加入HAuCl4溶液，二者混合后加入NaBH4溶液，在使用前，晶种溶液需在室温下陈化；金纳米颗粒的制备采用传统煮沸法，取一定浓度的HAuCl4溶液加入到超纯水中，加热至煮沸后，向溶液体系中加入柠檬酸钠溶液进行还原，持续煮沸约15min，随后取出离心，分散后待用。步骤2：以步骤1中制得的金纳米棒或金纳米颗粒为内核制备氧化亚铜包覆金纳米棒或氧化亚铜包覆金纳米颗粒：步骤2.1：以质量比为1：14取Cu(NO3)2和SDS溶于体积为V的超纯水中搅拌，其中，Cu(NO3)2与超纯水的质量体积比为1：200，质量单位为g，体积单位为mL；步骤2.2：加入体积为V/20-9V/20、浓度为5mM的金纳米棒或金纳米颗粒晶种溶液并搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：制备金纳米棒或金纳米颗粒晶种溶液；步骤2：以步骤1中制得的金纳米棒或金纳米颗粒为内核制备氧化亚铜包覆金纳米棒或氧化亚铜包覆金纳米颗粒；步骤3：在步骤2中制得的氧化亚铜包覆金纳米棒或氧化亚铜包覆金纳米颗粒上沉积金纳米颗粒或钯纳米颗粒即得。

【技术特征摘要】
1.一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：制备金纳米棒或金纳米颗粒晶种溶液；步骤2：以步骤1中制得的金纳米棒或金纳米颗粒为内核制备氧化亚铜包覆金纳米棒或氧化亚铜包覆金纳米颗粒；步骤3：在步骤2中制得的氧化亚铜包覆金纳米棒或氧化亚铜包覆金纳米颗粒上沉积金纳米颗粒或钯纳米颗粒即得。2.如权利要求1所述的一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：步骤2.1：以质量比为1：14取Cu(NO3)2和SDS溶于体积为V的超纯水中并搅拌，其中，Cu(NO3)2与超纯水的质量体积比为1：200，质量单位为g，体积单位为mL；步骤2.2：加入体积为V/20-9V/20的金纳米棒或金纳米颗粒晶种溶液并搅拌均匀；步骤2.3：逐滴滴加体积为V/2的NaOH溶液，慢速搅拌20-25min，随后在快速搅拌条件下逐滴滴加体积为V/2的水合肼溶液，反应40-45min后离心；步骤2.4：将步骤2.3中得到的离心产物分散至体积为V/4的超纯水中，得氧化亚铜包覆金纳米棒或氧化亚铜包覆金纳米颗粒。3.如权利要求2所述的一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2.2中金纳米棒或金纳米颗粒晶种溶液的浓度为5mM，步骤2.3中NaOH溶液浓度为2M、水合肼溶液为含有50μL的85％水合肼溶液。4.如权利要求2所述的一种内外协同具有表面等离子共振效应的三元复合增强光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2.3中慢速搅拌的速度为150r/min，快速搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晓婧，刘旭，孟庆男，汤玉斐，赵康，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61