[发明专利]贵金属量子点/一维钛酸纳米带异质结材料的自组装方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂材料的自组装方法，属于纳米材料与纳米技术领域。

背景技术

一维纳米材料由于具有特殊纳米尺寸的形貌结构，表现出优越的力学、光学、电学、磁学等物理性能，日益成为研究的热点。TiO₂基半导体纳米材料作为光催化剂有很大的优势，在环境保护、洁净能源、绿色建材等方面有很好的应用前景。研究表明，在紫外光照的条件下，TiO₂材料可作为光催化剂可以有效的将大分子有机物退色矿化，同时分解成小分子水和二氧化碳等无机小分子。但TiO₂材料的禁带宽度较宽(3.2eV)，只能利用波长小于380nm的紫外光。在可见光的照射下，电子很难从价带跃迁到导带，对可见光的利用极其微弱。能够入射到地球表面的太阳光主要是可见光、部分红外线和部分紫外光，其中波长小于387nm的紫外光还不足地球表面接收到的太阳光总能量的5％。如果直接用TiO₂作催化剂，其它95％以上的太阳光能就不能得到有效利用。因此，扩展TiO₂催化的响应光谱范围，使其在可见光区有较强的响应，已成为目前增强TiO₂光催化效应最具挑战性的课题。

目前，如何提高光催化材料的光量子产率及光催化反应速率并拓宽催化剂的光谱响应范围是影响和限制TiO₂基半导体纳米材料的光催化技术进一步发展和应用的技术关键和难点问题。在TiO₂基半导体纳米材料表面沉积贵金属是一种有效的增强光催化效应的技术途径。在半导体材料表面沉积贵金属形成异质结结构，由于半导体材料的费米能级比贵金属的费米能级要高，电子会从半导体材料流向贵金属颗粒中并在交界处形成肖特基势垒，从而减小电子空穴对的复合，进而增强光催化效应。但是，贵金属在光催化剂材料表面的分散程度、颗粒度大小以及界面结合情况对于光催化效应增强有着显著的影响，目前依然缺乏有效的技术手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种贵金属量子点/一维钛酸纳米带异质结材料的自组装方法，该方法工艺简单、成本低廉，所得到的光催化剂材料具有显著的光催化增强效应。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：贵金属量子点/一维钛酸纳米带异质结材料的自组装方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)取膦酸类表面活性剂、溶剂，将膦酸类表面活性剂溶于溶剂中，配置成浓度不低于10mg/mL的膦酸类表面活性剂溶液(浓度最佳为10～100mg/mL)；所述的膦酸类表面活性剂为3-巯基丙酸或硫氢基乙酸等；所述的溶剂为乙醇或甲醇；

2)按一维钛酸纳米带与膦酸类表面活性剂溶液的质量比为1∶1～1∶10，选取膦酸类表面活性剂溶液、一维钛酸纳米带，将一维钛酸(H₂Ti₅O₁₁·3H₂O)钠米带浸入上述膦酸类表面活性剂溶液中，抽真空(真空度为10^-1～10^-5)，保持通Ar气状态下浸泡过夜，然后在100℃加热处理1～5小时，并用丙酮清洗，得到经膦酸类表面活性剂处理后的一维钛酸纳米带；

3)按照贵金属量子点/一维钛酸纳米带的质量比为0.1-12％的比例选取贵金属量子点、溶剂，将贵金属量子点分散在溶剂中，配置成浓度不低于10mg/mL的贵金属量子点溶液(浓度最佳为10～100mg/mL)；所述的溶剂为乙醇或甲醇；

4)将贵金属量子点溶液中浸入上述经膦酸类表面活性剂处理后的一维钛酸纳米带，在Ar气保护下搅拌混合12小时，取出样品置于300～350℃下热处理1～5小时，并用丙酮清洗，即可自组装得到不同贵金属含量的贵金属量子点/一维钛酸纳米带异质结材料(或称贵金属量子点/一维钛酸纳米带异质结的光催化剂材料)。

所述的贵金属量子点为Pt贵金属量子点、Au贵金属量子点、Pd贵金属量子点或Ag贵金属量子点等。

所述的Pt贵金属量子点的制备为：称取0.1g聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，10mL氯铂酸(6mmol/L)溶于5mL去离子水和40mL乙醇中，搅拌至混合均匀；将上述混合物置于三口烧瓶中，在90℃的水浴锅中回流3小时，取出自然冷却；分别用去离子水和乙醇离心洗涤3-5次，放于80℃烘箱中干燥，最后将所得粉末磨细，在空气气氛下以4℃/min的速率升温，在300～350℃下煅烧2h得到灰色粉末，即Pt贵金属量子点。