CN104722298A

CN104722298A - 一种二氧化钛复合纳米金光催化剂的制备方法

Info

Publication number: CN104722298A
Application number: CN201510136153.3A
Authority: CN
Inventors: 王志明; 林越来; 张平安; 周志华; 牛晓滨; 巫江; 李含冬; 姬海宁
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-06-24

Abstract

本发明提供一种二氧化钛复合纳米金光催化剂的制备方法，属于纳米复合光催化剂领域。具体步骤为：首先准备二氧化钛纳米材料；然后将二氧化钛纳米材料加入去离子水中，混合均匀，采用氢氧化钠调节溶液的pH至8～10；向上述混合液中滴加氯金酸溶液和柠檬酸钠溶液，二氧化钛、氯金酸和柠檬酸钠的摩尔比为(20～80)：1：(1～4)；上步处理后的混合液在400～800W氙灯下进行5～10min的光照处理，光照同时不断搅拌，停止光照后继续搅拌1～5h；分离、洗涤、干燥，得到所述光催化剂。本发明方法操作简单、反应条件温和、重复性好，避免了高温烧结处理，且得到的光催化剂活性高。

Description

一种二氧化钛复合纳米金光催化剂的制备方法

技术领域

本发明属于纳米复合光催化剂领域，具体涉及一种二氧化钛复合纳米金光催化剂的制备方法。

背景技术

光催化技术以其易操作、无污染、可直接利用太阳光等优点成为当前太阳能利用的研究热点之一。基于半导体材料的光催化技术在净化水污染、有机合成和光解水制氢等环境与资源的利用方面具有重要的应用，是一种高效、低能耗、洁净、无二次污染的技术。

TiO₂是一种常用的光催化剂，由于其具有合适的禁带宽度、光催化活性高、化学性能稳定、安全无毒等优点而被广泛应用于空气净化、污水处理、自清洁和生物医疗等领域。然而，二氧化钛作为光催化剂，存在量子效率低、光谱响应范围窄等问题，限制了它的广泛应用。采用与贵金属复合的方式能有效改善二氧化钛的光催化性能，贵金属能在二氧化钛表面形成肖特基势垒，有效促进光生载流子的分离；同时，贵金属纳米粒子在可见光波长下会产生表面等离子体共振效应，金属粒子周围的振荡电场加强，使二氧化钛表面的电子更易于激发，可有效将二氧化钛的光吸收范围扩展到可见光范围。然而，目前化学方法制备二氧化钛复合贵金属材料大多为共沉积法和沉积沉淀法，反应时间较长，得到的复合材料需在空气环境下高温烧结，可能会破坏二氧化钛的形貌并引入部分杂质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化钛复合纳米金光催化剂的制备方法，以解决现有制备方法复杂、催化活性低等问题。

本发明的技术方案如下：

一种二氧化钛复合纳米金光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：准备二氧化钛纳米材料；

步骤2：将步骤1得到的二氧化钛纳米材料加入去离子水中，搅拌混合均匀，然后采用氢氧化钠调节溶液的pH至8～10；

步骤3：在步骤2得到的混合液中滴加氯金酸溶液和柠檬酸钠溶液，搅拌混合均匀，其中，二氧化钛、氯金酸和柠檬酸钠的摩尔比为(20～80)：1：(1～4)；

步骤4：将步骤3得到的混合液在400～800W氙灯下进行5～10min的光照处理，光照同时不断搅拌，停止光照后继续搅拌1～5h；

步骤5：步骤4得到的混合液分离、洗涤、干燥，得到的固体粉末即为本发明所述二氧化钛复合纳米金光催化剂。

进一步地，步骤1中所述二氧化钛纳米材料为二氧化钛纳米颗粒或二氧化钛纳米管；所述二氧化钛纳米颗粒为市售的二氧化钛纳米颗粒，所述二氧化钛纳米管采用水热法制备得到。

进一步地，步骤2中所述二氧化钛的浓度为0.02～0.2g/mL；步骤3中所述氯金酸溶液的浓度为0.024mol/L，所述柠檬酸钠溶液的浓度为0.02mol/L。

本发明的有益效果为：本发明采用光沉积作用沉积二氧化钛复合纳米金光催化剂，重复性好，无需传统工艺的后续高温烧结过程，不会破坏二氧化钛的形貌，也不会引入新的杂质；光照作用能在二氧化钛上产生光生电子，光生电子可直接将氯金酸还原为金，生成的金纳米颗粒附着在二氧化钛表面，分散均匀，得到的催化剂催化活性高；本发明采用低温操作条件，避免了沉积的金纳米颗粒的表面扩散和聚集，操作简单，具有良好的可行性和可重复性。

附图说明

图1为实施例1得到的二氧化钛纳米颗粒复合纳米金光催化剂的扫描电镜图。

图2为实施例2得到的二氧化钛纳米管复合纳米金光催化剂的扫描电镜图。

图3为二氧化钛和二氧化钛复合纳米金的XRD对比图。其中，a为二氧化钛的XRD；b为实施例2得到的二氧化钛纳米管复合纳米金的XRD。

图4为实施例1制得的光催化剂在500W可见光条件下的光催化吸光度与时间关系曲线和ln(C₀/C)与时间的关系曲线。其中C₀为光催化测试溶液的初始浓度，C为光催化测试溶液经过时间t后的浓度。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步地介绍和说明。

实施例1

二氧化钛纳米颗粒复合纳米金光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：取0.1g平均直径为20nm的市售二氧化钛纳米颗粒加入20mL去离子水中，搅拌混合均匀，然后逐滴滴加0.1mol/L的氢氧化钠溶液，使溶液的pH＝8；

步骤2：搅拌状态下，在步骤1得到的混合液中逐滴滴加1mL 0.024mol/L的氯金酸溶液和4mL 0.02mol/L的柠檬酸钠溶液，继续搅拌5分钟；

步骤3：将步骤2得到的混合液在500W氙灯下光照5min，光照过程中不断搅拌，停止光照后继续搅拌2h，可观察到混合液逐渐由乳白色变为淡紫色；

步骤4：将步骤3得到的混合液减压抽滤、去离子水洗涤，重复上述减压抽滤、去离子水洗涤步骤3次，得到的产物在真空干燥箱中60℃干燥12h；即得到所述二氧化钛纳米颗粒复合纳米金光催化剂。

图1为实施例1得到的二氧化钛纳米颗粒复合纳米金催化剂的扫描电镜图，由图1可知，二氧化钛颗粒表面有部分粒径较小的纳米金颗粒。图4为实施例1得到的光催化剂在500W可见光条件下的光催化的吸光度与时间关系曲线和ln(C₀/C)与时间的关系曲线，由图4可知，实施例1得到的光催化剂在可见光条件下的一级反应速率为0.00432/min，而二氧化钛纳米颗粒在可见光条件下基本无光催化活性。

实施例2

二氧化钛纳米管复合纳米金光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：取0.5g市售二氧化钛P25加入40mL 10mol/L的浓氢氧化钠溶液中，搅拌混合均匀后置于50mL聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在150℃条件下加热反应48h；反应完成后，过滤得到白色固体，采用去离子水清洗5次，得到二氧化钛纳米管；

步骤2：取0.3g步骤1得到的二氧化钛纳米管加入20mL去离子水中，搅拌混合均匀，然后逐滴滴加0.1mol/L的氢氧化钠溶液，使溶液的pH＝9；

步骤3：搅拌状态下，在步骤2得到的混合液中逐滴滴加2mL 0.024mol/L的氯金酸溶液和5mL 0.02mol/L的柠檬酸钠溶液，继续搅拌5分钟；

步骤4：将步骤3得到的混合液在500W氙灯下光照10min，光照过程中不断搅拌，停止光照后继续搅拌2h，可观察到混合液逐渐由乳白色变为淡紫色；

步骤5：将步骤4得到的混合液减压抽滤、去离子水洗涤，重复上述减压抽滤、去离子水洗涤步骤3次，得到的产物在真空干燥箱中60℃干燥12h；即得到所述二氧化钛纳米管复合纳米金光催化剂。

图2为实施例2得到的二氧化钛纳米管复合纳米金催化剂的扫描电镜图，由图2可知，大量的金纳米颗粒附着于二氧化钛纳米管表面。图3为二氧化钛和二氧化钛复合纳米金的XRD图谱，由图3可知，复合后的能谱b相对于二氧化钛能谱a在图中指标外的位置具有微小的突起峰，与金的XRD能谱相符合。

Claims

1.一种二氧化钛复合纳米金光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：准备二氧化钛纳米材料；

2.根据权利要求1所述的二氧化钛复合纳米金光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述二氧化钛纳米材料为二氧化钛纳米颗粒或二氧化钛纳米管；所述二氧化钛纳米颗粒为市售的二氧化钛纳米颗粒，所述二氧化钛纳米管采用水热法制备得到。

3.根据权利要求1所述的二氧化钛复合纳米金光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述二氧化钛的浓度为0.02～0.2g/mL；步骤3中所述氯金酸溶液的浓度为0.024mol/L，所述柠檬酸钠溶液的浓度为0.02mol/L。