TW201416128A - 奈米金於二氧化鈦中之核殼結構光觸媒製備方法與光分解有機物質之應用 - Google Patents

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本發明揭示一種製備二氧化鈦包覆金的核殼結構光觸媒方法，及一種在奈米金於二氧化鈦之光觸媒催化下，在紫外光下反應分解有機物質之方法；觸媒製備分三個部份：製備金離子溶液、製備金@二氧化鈦核殼結構奈米粒子以及將金@二氧化鈦奈米粒子結晶化。其中金及二氧化鈦係依不同重量比例混合，金/二氧化鈦重量比為0.005與0.03之間，本發明包含以含有金於二氧化鈦中之觸媒，在紫外光下將有機物質及染料分解之反應。

Description

奈米金於二氧化鈦中之核殼結構光觸媒製備方法與光分解有機物質之應用
本發明揭示一種製備二氧化鈦包覆金的核殼結構光觸媒方法，及一種在奈米金於二氧化鈦之光觸媒催化下，在紫外光下反應分解有機物質，例如染料之方法；觸媒製備分三個部份：製備金離子溶液、製備金@二氧化鈦核殼結構奈米粒子以及將金@二氧化鈦奈米粒子結晶化。其中金及二氧化鈦係依不同重量比例混合，金/二氧化鈦重量比為0.005與0.03之間，本發明包含以含有金於二氧化鈦中之觸媒，在紫外光下將有機物質，例如染料，分解之反應。
現今有關核-殼觸媒專利大部分都在結構上的分析應用。中華民國專利第093140575號發現製造核殼型(core shell)金屬奈米光觸媒複合材料之方法，包含：先形成一奈米粒徑之二氧化鈦(TiO2)粒子溶液，接著加入一同時具一第一官能基及第二官能基之多官能基化合物於該溶液中，該二氧化鈦粒子係透過該第一官能基與該多官能基化合物反應相接，最後加入一金屬奈米粒子與該第二官能基進行反應並結合。中華民國專利第I240009號揭露一種具核-殼層結構之奈米複合金屬粒子合成方法，其步驟包含將金屬鹽類配製成水溶液，加入檸檬酸三鈉鹽與單寧酸之混合液為還原劑，並控制適當之時間與溫度，使還原反應快之金屬形成殼層，而還原反應速度快與慢的金屬形成合金的殼層，由此獲得奈米複合核-殼層金屬粒子。中華民國專利第I264326號揭露一種製造一核殼型金屬奈米光觸媒複合材料的方法，其方法包含：形成一奈米粒徑之二氧化鈦粒子溶液；加入一同時具依第一官 能基及第二官能基之多官能基化合物於該溶液中，該二氧化鈦粒子係透過該第一官能基與該多官能基化合物反應相接；且加入一金屬奈米粒子與該第二官能基透過共價鍵進行反應結合。
本發明揭示一種製備二氧化鈦包覆金的核殼結構光觸媒方法，及一種在奈米金於二氧化鈦之光觸媒催化下，在紫外光下反應分解染料之方法；觸媒製備分三個部份：製備金離子溶液、製備金@二氧化鈦核殼結構奈米粒子以及將金@二氧化鈦奈米粒子結晶化。其中金及二氧化鈦係依不同重量比例混合，金/二氧化鈦重量比為0.005與0.03之間，本發明包含以含有金於二氧化鈦中之觸媒，在紫外光下將染料分解之反應。
<實施方式1>：
本發明揭示一種以化學還原法製備金-二氧化鈦之複合性觸媒，其中金及二氧化鈦係依不同重量比例混合，金@二氧化鈦奈米粒子以三個步驟製備：
(1)以化學還原法製備金離子溶液：量取適量的溴化十六烷基三甲基銨溶液(Hexadecyltrimethylammanium bromide,CTAB)加入四氯金酸HAuCl4溶液中，攪拌數分鐘，然後在室溫下快速攪拌中，滴加維生素C水溶液，加完後再持續攪拌5-30分鐘使反應完全，在此步驟液體的顏色會由透明變為紫色。
(2)以溶膠凝膠法覆上二氧化鈦殼層：取適量的四異丙氧化鈦(Titanium isopropoxide,TTIP)酒精溶液慢慢滴入上述金的混合溶液中並攪拌5-10分鐘後，形成一個金-二氧化鈦的奈米顆粒混合懸浮液。接著在65-85℃冷凝迴流，冷凝迴流為保持一個固定的反應溫度，使得反應進行時的溫度都控制在某一恆溫的條件下，並在上面加裝一冷凝器，使蒸氣可被冷凝成液體迴流至反應器中約0.5-3小時。
(3)金@二氧化鈦核殼結構奈米粒子的結晶化：以水熱法(水熱法為一種 在密閉容器內保持固定溫度及壓力下，完成的濕化學方法)在150℃至200℃水熱約8至20小時，即生成金@二氧化鈦粉末，再以離心方式去除溶劑，並在30℃至80℃烘乾。
一般實驗的說明
元素分析：金的含量以ICP-MS分析(PE-SCIEX ELAN 6100 DRC)。奈米粒子分析鑑定：粒子的晶體結構以X光繞射分析鑑定(XRD Simens D-500 powder diffractometer with Cu Kα1 radiation)；穿透式電子顯微鏡(TEM JEM-2000 EX II)觀察奈米粒子。
實施例1： 0.5wt.%金@二氧化鈦合成
1.以化學還原法製備金離子溶液，取溴化十六烷基三甲基銨溶液(1 mM,20 ml)，加入HAuCl4溶液中(0.54mM,20.00ml)，攪拌2-3分鐘，然後在室溫下快速攪拌中，滴加維生素C水溶液(1.08mM,20.00ml)，加完後再持續攪拌15分鐘使反應完全。
2.以溶膠凝膠法覆上二氧化鈦殼層：取四異丙氧化鈦酒精溶液(174mM,30.5ml)慢慢滴入上述金的混合溶液中後，並持續攪拌5-10分鐘後，形成一個金-二氧化鈦的奈米顆粒混合懸浮液。接著在75-85℃冷凝迴流，冷凝迴流為保持一個固定的反應溫度，使得反應進行時的溫度都控制在某一恆溫的條件下，並在上面加裝一冷凝器，使蒸氧可被冷凝成液體迴流至反應器中約2小時。
3.金@二氧化鈦核殼結構奈米粒子的結晶化：以水熱法在180℃水熱18小時，即生成金@二氧化鈦粉末，再以離心方式去除溶劑，並在50℃烘乾。
奈米粒子鑑定：
圖1(b)及圖2(a)分為X-光繞射(XRD)圖譜及穿透式電子顯微鏡(TEM)圖。
二氧化鈦結晶顆粒粒子大小為8.3nm(by XRD)，金奈米顆粒核的大小為5-10nm間(by TEM)。
金@二氧化鈦中金的含量：0.5wt.%(計算)，0.48wt.%(ICP-MS分析)
實施例2： 1.0 wt.%金@二氧化鈦合成
1.以化學還原法製備金離子溶液，取溴化十六烷基三甲基銨溶液(1 mM,20 ml)，加入HAuCl4溶液中(1.08mM,20.00ml)，攪拌2-3分鐘，然後在室溫下快速攪拌中，滴加維生素C水溶液(2.16mM,20.00ml)，加完後再持續攪拌15分鐘使反應完全。
2.以溶膠凝膠法覆上二氧化鈦殼層：取四異丙氧化鈦酒精溶液(174mM,30.5ml)慢慢滴入上述金的混合溶液中，並持續攪拌5-10分鐘後，形成一個金-二氧化鈦的奈米顆粒混合懸浮液。接著在75-85℃冷凝迴流，冷凝迴流為保持一個固定的反應溫度，使得反應進行時的溫度都控制在某一恆溫的條件下，並在上面加裝一冷凝器，使蒸氣可被冷凝成液體迴流至反應器中約2小時。
3.金@二氧化鈦核殼結構奈米粒子的結晶化：以水熱法在180℃水熱18小時，即生成金@二氧化鈦粉末，再以離心方式去除溶劑，並在50℃烘乾。
奈米粒子鑑定：
圖1(c)及圖2(b)分為X-光繞射(XRD)圖譜及穿透式電子顯微鏡(TEM)圖。
二氧化鈦結晶顆粒粒子大小為8.1nm(by XRD)，金奈米顆粒核的大小為5-10nm間(by TEM)。
金@二氧化鈦中金的含量：1.0wt.%(計算)，0.95wt.%(ICP-MS分析)
實施例3： 2.0 wt.%金@二氧化鈦合成
1.以化學還原法製備金離子溶液，取溴化十六烷基三甲基銨溶液(1 mM,20 ml)，加入HAuCl4溶液中(2.16mM,20.00ml)，攪拌2-3分鐘，然後在室溫下快速攪拌中，滴加維生素C水溶液(4.32mM,20.00ml)，加完後再持續攪拌15分鐘使反應完全。
2.以溶膠凝膠法覆上二氧化鈦殼層：取四異丙氧化鈦酒精溶液(174mM,30.5ml)慢慢滴入上述金的混合溶液中，並持續攪拌5-10分鐘後，形成一個金-二氧化鈦的奈米顆粒混合懸浮液。接著在75-85℃冷凝迴流，冷凝迴流為保持一個固定的反應溫度，使得反應進行時的溫度都控制在某一恆溫的條件下，並在上面加裝一冷凝器，使蒸氣可被冷凝成液體迴流至反應器中約2小時。
3.金@二氧化鈦核殼結構奈米粒子的結晶化：以水熱法在180℃水熱18小時，即生成金@二氧化鈦粉末，再以離心方式去除溶劑，並在50℃烘乾。
奈米粒子鑑定：
圖1(d)及圖2(c)分為X-光繞射(XRD)圖譜及穿透式電子顯微鏡(TEM)圖。
二氧化鈦結晶顆粒粒子大小為8.4nm(by XRD)，金奈米顆粒核的大小為5-10nm間(by TEM)。
金@二氧化鈦中金的含量：2.0wt.%(計算)，1.93wt.%(ICP-MS分析)
<實施方式2>：
將實施方式1之觸媒Au@TiO2，置於染料水溶液中，進行紫外光照反應。
實施例4：
1.將觸媒0.02克的0.5wt.% Au@TiO2的粉末置於皿內，進行光催化分解亞甲基藍(200ml，10ppm)反應；2.以波長254nm，8W x 2支的UVC紫外光照射樣品，間隔30分鐘取一次樣品後，以分光光譜儀(UV-vis)分析樣品，掃描波長在200至800 nm之間。分解結果如下，分解速率如圖三。
上述實施方式之反應結果如下；其中亞甲基藍分解速率定義如下：亞甲基藍分解速率=某時間之亞甲基藍濃度/原始之亞甲基藍濃度。
實施例5：
1.將觸媒0.02克的1.0wt.% Au@TiO2的粉末置於皿內，進行光催化分解亞甲基藍(200ml，10ppm)反應；2.以波長254nm，8W x 2支的紫外光照射樣品，間隔30分鐘取一次樣品後，以分光光譜儀(UV-vis)分析樣品，掃描波長在200至800 nm之間。分解結果如下，分解速率如圖三。
上述實施方式之反應結果如下；其中亞甲基藍分解速率定義如下：
亞甲基藍分解速率=某時間之亞甲基藍濃度/原始之亞甲基藍濃度。
實施例6：
1.將觸媒0.02克的2.0wt.% Au@TiO2的粉末置於培養皿內，進行光催化分解亞甲基藍(200ml，10ppm)反應；2.以波長254nm，8W x 2支的紫外光照射樣品，間隔30分鐘取一次樣品後，以分光光譜儀(UV-vis)分析樣品，掃描波長在200至800 nm之間。分解結果如下，分解速率如圖三。
上述實施方式之反應結果如下；其中亞甲基藍分解速率定義如下：亞甲基藍分解速率=某時間之亞甲基藍濃度/原始之亞甲基藍濃度。
比較例：
1.將觸媒0.02克的未含金的0.0 wt.% Au@TiO2(pure TiO2)的粉末置於培養皿內，進行光催化分解亞甲基藍(200ml，10ppm)反應； 2.以波長254nm，8W x 2支的紫外光照射樣品，間隔30分鐘取一次樣品後，以分光光譜儀(UV-vis)分析樣品，掃描波長在200至800 nm之間。分解結果如下，分解速率如圖三。
上述實施方式之反應結果如下；其中亞甲基藍分解速率定義如下：亞甲基藍分解速率=某時間之亞甲基藍濃度/原始之亞甲基藍濃度。
由這些結果證實本發明之觸媒能有效分解在廢水中的染料。並且較未含金核的0.0 wt.% Au@TiO2分解在廢水中的染料效能高。
圖一. X-光繞射圖譜(a)0 wt.% Au@TiO2(b)0.5 wt.% Au@TiO2(c)1.0 wt.% Au@TiO2(d)2.0 Wt.% Au@TiO2.
圖二. 掃描式電子顯微鏡圖(a)0.5 wt.% Au@TiO2(b)1.0 wt.% Au@TiO2(c)2.0 wt.% Au@TiO2.
圖三. 不同金比例的Au@TiO2進行光催化分解亞甲基藍反應時，亞甲基藍的分解速率。

Claims (3)

  1. 一種製備二氧化鈦包覆金的核殼結構光觸媒方法，其包含：以化學還原法製備金及二氧化鈦混和氧化物，金及二氧化鈦係依不同重量比例混合，金/二氧化鈦重量比為0.002與0.1之間，其特徵是量取適量的溴化十六烷基三甲基銨溶液加入四氯金酸溶液中，然後在室溫下快速攪拌中，滴加維生素C水溶液；取適量的四異丙氧化鈦酒精溶液慢慢滴入上述金的混合溶液中並攪拌數分鐘，形成一個金-二氧化鈦的奈米顆粒混合懸浮液；接著在65與85℃之間冷凝迴流1與3小時之間，冷凝迴流為保持一個固定的反應溫度，使得反應進行時的溫度都控制在某一恆溫的條件下，並在上面加裝一冷凝器，使蒸氣可被冷凝成液體迴流至反應器中，再以水熱法在150℃至200℃之間水熱8至20小時，即生成二氧化鈦包覆金的核殼結構光觸媒粉末；再以離心方式去除溶劑，並在30℃至80℃之間烘乾。
  2. 一種在奈米金於二氧化鈦之光觸媒催化下，在紫外光下反應分解有機物之方法，其係以含有二氧化鈦包覆奈米金的核殼結構光觸媒，於紫外光照下，將有機物質分解。
  3. 根據發明專利第2項之方法，紫外光下反應分解的有機物，包含廢水中的染料，例如亞甲基藍。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105749907A (zh) * 2016-02-26 2016-07-13 国家纳米科学中心 一种光催化材料及其制备方法和应用
CN107096531A (zh) * 2016-02-22 2017-08-29 天津大学 贵金属金修饰的金-二氧化钛核壳结构光催化剂及其制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105537583A (zh) * 2015-12-22 2016-05-04 哈尔滨工业大学 核壳AuTiO2纳米颗粒及其制备方法
CN112044432B (zh) * 2020-09-07 2021-12-17 南京大学 一种常温下二氧化钛担载金纳米颗粒的快速制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102672169B (zh) * 2012-06-07 2014-04-02 北京科技大学 一种金/二氧化钛核壳结构纳米粒子的制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107096531A (zh) * 2016-02-22 2017-08-29 天津大学 贵金属金修饰的金-二氧化钛核壳结构光催化剂及其制备方法
CN105749907A (zh) * 2016-02-26 2016-07-13 国家纳米科学中心 一种光催化材料及其制备方法和应用
CN105749907B (zh) * 2016-02-26 2018-03-27 国家纳米科学中心 一种光催化材料及其制备方法和应用

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