一种偏心AuNPs@TiO2纳米复合材料的制备方法技术

一种偏心Au NPs@TiO2纳米复合材料的制备方法，涉及到Au NPs上配体的竞争配位导致的Au NPs表面的功能分区驱动了TiO2的选择性沉积。本发明专利技术选择的配体是4

【技术实现步骤摘要】
一种偏心Au NPs@TiO2纳米复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及涉及到Au NPs上配体的竞争配位导致的Au NPs表面的功能分区驱动了TiO2的选择性沉积。

技术介绍

[0002]捕获大范围的太阳光并高效地完成太阳能的转换是人们奋斗的首要目标。光催化技术是一种直接利用太阳能实现能源转换和环境净化的新技术之一，己经广泛地应用于环境保护、化工生产等各大领域。光催化反应的基础性研究也随之成为学术界的重点。其中，太阳能通过光化学转化可以实现到氢能的转化利用，如光催化分解水制氢反应，通过该反应制备得到的氢能也是一种高燃烧值、无毒无污染的清洁能源，是解决目前化石能源造成的能源浪费和环境污染问题最有前景技术之一，对于国家能源安全和经济可持续发展具有非常重要的意义。
[0003]二氧化钛（TiO2）是目前研究最广泛的光催化材料之一。它的优点是无毒、稳定、资源丰富且应用多样化。但是TiO2具有禁带宽度较大、光生电子
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空穴易复合及可见光响应程度低等缺点。近年来，TiO2与等离子体金属纳米粒子(NPs)(如Au NPs和Ag NPs)的耦合被认为是一种协同提高光催化活性的有效策略。首先，贵金属NPs的局域表面等离子体共振(LSPR)可以在可见区域产生强烈而广泛的吸收，这可以克服TiO2由于带隙能量大只能由紫外辐照光激发的限制。此外，在金属/半导体界面处，热电子的超快能量弛豫通过肖特基结降低，使得金属中的热电子容易注入半导体的导带，提高了电子
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空穴分离。
[0004]在各种贵金属中，Au引起了人们极大的兴趣。金纳米颗粒由于其稳定性、无毒性和生物相容性，已被广泛应用于光学、电化学、环境工程等领域。虽然块状Au对于反应分子（如O2和H2）的吸附呈现化学惰性，并常常被认为是一种很差的催化剂，但是它的纳米粒子在许多反应中都具有很强的活性，如降解水中的有机污染物等。但当其与TiO2结合时，Au的化学性质会发生很大的变化。载体类型是纳米颗粒催化活性的一个重要参数，一方面载体的组成会影响很多的参数，例如可被物理吸附到载体表面的Au的含量；另一方面载体的氧化还原电位会提高负载纳米颗粒的氧化还原活性，进而提高催化活性。TiO2作为一种具有良好光化学稳定性的坚固固体，易于得到、价格低廉并且无毒，使得它成为金纳米颗粒最具有吸引力的支撑。
[0005]目前多项研究表明，具有独特纳米结构的Au
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TiO2复合物如Janus、核壳结构和蛋黄
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蛋壳结构具有较高的光催化活性。更系统的研究表明，纳米杂化物的独特形状及其几何参数对其光催化性能有重要影响。迄今为止，人们在合成具有同心形态的二氧化钛涂层金属纳米结构方面做了大量工作，用于催化和光催化等各种有前景的应用。然而，为了充分发挥它们的潜力，迫切需要开发具有精确和量身定制功能的新颖的非中心对称形态。这对于利用金属TiO2杂化纳米结构的等离子体增强可见光光催化这一新的激动人心的领域尤其重要。而偏心结构不仅拥有核壳结构保护了金核不受外界侵蚀的特点，其偏心结构中较薄壳的一侧还为反应物提供了较近的反应途径，同时还为光生电子
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空穴对的分离，转移等提
供了新的可能性。
[0006]偏心结构的合成在光催化领域具有独特的优势和广阔的应用前景。2010年，D. Djoumessi Lekeufack等人专利技术了一种新方法打破了基于金属核和金属氧化物壳的核壳系统的对称性。即通过调整TiO2前驱体相对于SiO2前驱体的比例，使金纳米粒子从中心位置向偏心位置偏移，形成了橡子状和树莓状的偏心结构。随后，Tao Chen等人利用配体竞争性结合驱动SiO2在金纳米粒子表面的沉积并构造出Ag
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Ag
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SiO2三元结构，为制备复杂的杂化纳米材料扩展了新的思路。近几年非对称结构的制备及应用一慢慢进入科学家们的视野中，不对称偏心型Ag
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介孔SiO2、Au
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Fe3O4结构、Au
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CeO2等越来越多的不对称结构被合成出来。目前为止合成偏心型的光催化材料大多采用的有三种方法（1）配体竞争性结合驱动半导体外壳在贵金属表面沉积，但是关于TiO2的选择性沉积的研究较少。具有一定的局现性；（2）水热法，利用高温使金核从中心位置偏移，合成偏心型Au@TiO2结构，在光催化降解水杨酸上具有较高的催化活性，但是该方法合成的结构金核的偏心程度不可控。（3）利用单配体与贵金属纳米粒子晶面的特异性结合，合成出偏心核壳Au @TiO2纳米粒子，虽然证明了偏心结构对催化还原对硝基苯酚有很高的催化效率，但是该方法制备过程耗时长，不可控因素较多，不仅体系大、产量低而且反应不可扩大。目前将配体竞争引入偏心型等离子体光催化材料的构筑的研究还非常少，由此可见，从材料结构设计角度出发来优化材料性能，制备更新颖更高级的光催化材料在光催化复合材料的制备和应用领域都具有重要的意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种偏心Au NPs@TiO2纳米复合材料的制备方法，该方法制备过程简单，反应时间短，产量也较传统方法大。
[0008]本专利技术偏心Au NPs@TiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、取95.5 mL去离子水于三口烧瓶中，剧烈搅拌下加入1 mL 氯金酸水溶液（0.01 M），将该体系置于油浴中并加热至沸腾。油浴温度设定为140 ℃。待体系沸腾后，取3.5 ml柠檬酸钠水溶液（1 wt%）快速的加入其中，1 h后停止加热，油浴中搅拌冷却至室温。实验过程中，溶液由无色变为浅粉色，最后变为酒红色，证明Au NPs成功合成；二、取两管1.5 mL步骤一得到的Au NPs水溶液装入5 mL的离心管中离心一次纯化，去除上清液后将底部残留物合并到一起然后分散到500 μL去离子水中；三、将步骤二得到的500 μL Au NPs在剧烈搅拌下缓慢滴加到2.5 mL含有20 μL 4
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MPAA（5 mM乙醇溶液）和120 μL PAA（0.645 M水溶液）的异丙醇溶液（HPLC）中。30 min后，加入10 μL氨水调节体系PH为9
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10，随后缓慢滴加50 μL双（乙酰丙酮基）二异丙基钛酸酯（TDAA，10 mM异丙醇溶液）。室温下反应12 h后即可得到偏心Au NPs@TiO2核壳纳米复合结构；四、将步骤三得到的偏心结构用去离子水8000 rpm/min离心两次纯化收集,每次10 min。
[0009]进一步的，步骤一所述的氯金酸为HAuCl4·
4H2O；柠檬酸钠为C6H5Na3O7·
2H2O；剧烈搅拌的转速为900 rpm/min。
[0010]进一步的，步骤二中离心的转速为8000 rpm/min，离心次数为1次，时间为10 min。
[0011]进一步的，步骤三中所述的聚丙烯酸PAA的分子量Mw = 5000。
[0012]进一步的，步骤三中所述的异丙醇本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偏心Au NPs@TiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、取95.5 mL去离子水于三口烧瓶中，剧烈搅拌下加入1 mL 氯金酸水溶液（0.01 M），将该体系置于油浴中并加热至沸腾；油浴温度设定为140 ℃；待体系沸腾后，取3.5 ml柠檬酸钠水溶液（1 wt%）加入其中，1 h后停止加热，油浴中搅拌冷却至室温；实验过程中，溶液由无色变为浅粉色，最后变为酒红色，证明Au NPs成功合成；二、取两管1.5 mL步骤一得到的Au NPs水溶液装入5 mL的离心管中离心一次纯化，去除上清液后将底部残留物合并到一起然后分散到500 μL去离子水中；三、将步骤二得到的500 μL Au NPs在剧烈搅拌下缓慢滴加到2.5 mL含有20 μL 4
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MPAA（5 mM乙醇溶液）和120 μL PAA（0.645 M水溶液）的异丙醇溶液（HPLC）中；30 min后，加入氨水调节体系PH为9
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10，随后缓慢滴加50 μL TDAA（10 mM异丙醇溶液）；室温下反应12 h后即可得到偏心Au NPs@TiO2核壳纳米复合结构；四、将步骤三得到的偏心结构用去离子水8000 rpm/min离心两次纯化收集，每次10 min。2.根据权利要求1所述的一种偏心Au NPs@TiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，孙丽娜，张庆欢，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：