[发明专利]核壳结构纳米金团簇-二氧化钛复合型催化剂

说明书

本发明公开一种核壳结构纳米金团簇‑二氧化钛复合型催化剂及其制备方法。用TEOS水解制备二氧化硅纳米球；将所制的纳米二氧化硅球修饰后与纳米金团簇复合，再包裹一层二氧化钛纳米层形成核壳结构纳米金团簇‑二氧化钛高效复合型催化剂；在可见光光照下，该催化剂表现出优异的光催化降解有机染料罗丹明B的活性和稳定性；由于制备方法简单易行，催化剂廉价且方便回收重复利用，该复合型光催化材料在材料制备技术领域和环境污染物降解领域具有广泛地实用价值和应用前景。

技术领域

本发明属于光催化材料制备和光催化技术领域，具体涉及一种核壳结构纳米金团簇-二氧化钛复合型催化剂及其制备方法。

背景技术

纳米金团簇，是指在一定的分子层保护下，由几个到几百个金原子组成的相对稳定的分子级聚集体。由于纳米金团簇直径一般小于2 nm，接近于电子的费米波长，于是纳米金团簇产生了类似分子的性质，具有独特的光学性质、电学性质、化学活性等。目前，纳米金团簇已成为国内外研究学者关注的热点，并在生物传感、免疫反应、异相催化和太阳能转化等领域中得到广泛应用。

其中，由于纳米金团簇既能作为光敏剂又能作为反应活性位点，因而被广泛的应用在太阳能转化的各个领域，例如，光解水产氢，选择性有机转化和污染降解等。但是，纳米金团簇在光照条件下不稳定，容易聚集变成纳米金颗粒，从而导致其催化活性降低也使得催化反应的机理变的十分复杂。然而，目前还没有一种有效的方法能够显著提高纳米金团簇的光照稳定性。

此外，在众多报道纳米金团簇-半导体复合材料应用于太阳能转化方面的文献中，纳米金团簇负载的到半导体上的方法通常是简单的机械搅拌，而通过对两者之间的结构设计和优化来获得高催化活性的纳米金团簇-半导体复合材料报道却很少。因此，如何提高纳米金团簇在光照条件下的稳定性和优化纳米金团簇-半导体复合材料之间的结构以提升催化活性成为了研究的难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核壳结构纳米金团簇-二氧化钛高效复合型催化剂及其制备方法，以解决纳米金团簇复合材料活性低和稳定性差的问题，所制备的催化剂具有优异的光催化降解罗丹明B的活性和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种制备如上所述的核壳结构纳米金团簇-二氧化钛高效复合型催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）二氧化硅纳米球的制备：

将水、异丙醇和25wt%-28wt%浓氨水混合搅拌后在35 ℃回流，在加入0.6 mL的99wt%TEOS作为种子液，30 min后再加入5 mL的TEOS溶液，并且持续回流2 h，然后离心、洗涤、干燥得到二氧化硅纳米球；

（2）正电化二氧化硅纳米球的制备：

将步骤（1）制得的二氧化硅纳米球加入到乙醇中，并加入86 mg/mL支化聚乙烯亚胺水溶液，然后在60 ℃回流4 h，然后离心、洗涤、干燥得到正电化二氧化硅纳米球；

（3）纳米金团簇的制备：

将0.24 g 氯化金三水合物分散到300 mL水中，加入0.276 g 半胱氨酸搅拌至无色后在70 ℃回流24 h，然后用乙腈进行纯化，并用水和乙腈的混合溶液洗涤，最后分散在水溶液中得到纳米金团簇水溶液；

（4）纳米金团簇-二氧化硅纳米球的制备：

将步骤（2）制得的0.1 g正电化二氧化硅纳米球分散到水中，并逐滴加入5 mL 0.2mg/mL纳米金团簇水溶液，搅拌后，离心、洗涤、干燥得到纳米金团簇-二氧化硅纳米球；

（5）核壳结构纳米金团簇-二氧化钛复合型催化剂的制备：