[发明专利]一种空心核壳结构Au@TiO2纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

核壳结构的纳米材料因其组成、大小、结构排列的不同而具有特殊的光、电、磁、催化等特性，备受关注。然而，目前针对CO催化氧化反应而设计的AuTiO₂核壳材料的研究报道很少。曾华淳等(Angew.Chem.Int.Ed.，2005，44，4342-4345.)和张守民等(Catal.Commun.，2010，11，1003-1007.)分别采用水热法成功实现了AuTiO₂核壳型催化剂的合成。该催化剂虽然解决了反应过程中Au粒子不会因从载体上脱落而聚集的问题，但由于TiO₂壳为实心壳层，孔道的传质效率低，致使反应分子和产物分子的扩散作用受到限制，不利于反应分子和产物分子在催化剂表面吸附与脱附，抑制了催化剂的催化效率。最近，Francisco Zaera等(Angew.Chem.Int.Ed.2011，50，10208-10211.)采用牺牲模板法制备出了空心AuTiO₂核壳结构复合材料。这种方法首先制备出聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的Au纳米颗粒，然后在碱性条件下通过正硅酸乙酯水解得到AuSiO₂复合物，之后通过钛酸四丁酯水解在AuSiO₂复合物表面形成TiO₂壳层，得到AuSiO₂TiO₂复合物，最后，将AuSiO₂TiO₂复合物浸渍于NaOH溶液中，将中间壳层SiO₂刻蚀掉，最终得到空心AuTiO₂核壳结构复合物。这种牺牲模板法合成步骤复杂，实验操作繁琐，且刻蚀过程中引入的杂质Na⁺离子很难洗涤干净，而Na⁺离子对催化剂有钝化作用。到目前为止，通过无模板法来制备空心AuTiO₂核壳结构的纳米复合材料还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料的制备方法，以及由该方法制备得到的空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料。采用本发明的制备方法具有步骤简单、并且不需要模板剂。

本发明的发明人经过深入的研究发现，将3～7nm的Au纳米粒子的胶体溶液与碳原子数为1-4的醇和水的混合液进行第一接触后，再与钛源进行第二接触，将第二接触后的产物进行水热晶化，能够得到空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料，从而完成了本发明。

即本发明提供一种空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：

1)制备粒径尺寸为3～7nm的Au纳米粒子的胶体溶液；

2)将步骤1)得到的Au纳米粒子的胶体溶液与碳原子数为1-4的醇和水的混合液进行第一接触后，再与钛源进行第二接触，将第二接触后的产物进行水热晶化，所述钛源为四氟化钛、钛酸四丁酯和三氯化钛中的一种或多种。

本发明还提供一种由上述制备方法制备的空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料。

根据本发明的空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料的制备方法，该制备方法具有步骤简单、不需要模板剂，并且能够调节空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料中TiO₂壳层的厚度。

附图说明

图1为本发明的实施例1中得到的Au纳米粒子的透射电子显微镜图；

图2为本发明的实施例1-3中得到的空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料的X-射线粉末衍射谱图，图2中的a为实施例1中得到的空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料的X-射线粉末衍射谱图，图2中的b为实施例2中得到的空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料的X-射线粉末衍射谱图，图2中的c为实施例3中得到的空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料的X-射线粉末衍射谱图；

图3为本发明的实施例1中得到的空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料的扫描电子显微镜图；

图4为本发明的实施例2中得到的空心核壳结构AuTiO₂纳米复合材料的扫描电子显微镜图；