[发明专利]一种金纳米棒两端包覆纳米钯颗粒的光催化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金纳米棒两端包覆纳米钯颗粒的光催化材料及其制备方法，所述光催化材料呈哑铃状结构，包括金纳米棒，以及包覆在金纳米棒两端的纳米钯颗粒，且所述金纳米棒的中间部分未被纳米钯颗粒包覆。本发明形成的纳米钯颗粒与金纳米棒哑铃状结构，具有较高的稳定性和较宽的吸光范围，且制备方法简单、反应条件温和，环境友好，有望广泛地应用到光催化、太阳能电池、光电转换等诸多方面，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种金纳米棒两端包覆纳米钯颗粒的光催化材料及其制备方法。

背景技术

能源与人类生活息息相关，是社会存在和发展的基础。太阳能作为一种发展潜力很大的新能源，具有环境友好，取之不尽、用之不竭等优点。然而，现有大部分催化剂，属于宽禁带半导体化合物，光吸收范围窄，仅对太阳光中约占3％～5％的紫外光区具有光敏性，可见光利用率很低。最近，具有表面等离激元共振(SPR)特性的金纳米颗粒已被应用于可见光催化，特别是具有可调的纵向等离激元共振峰(LSPR)的金纳米棒结构。金纳米棒与常见高活性助催化剂复合，金纳米棒的存在可弥补吸收助催化剂在光吸收上的不足，助催化剂则作为催化反应的活性位点，这种新型高效的异相光催化剂引起研究者的广泛关注。

光催化反应的量子效率低是其难以实用化的最为关键因素之一。量子效率取决于载流子的产率和复合几率，而载流子复合过程则主要取决于两个因素：载流子在催化剂表面的俘获过程；表面电荷迁移过程。因此，增加载流子的俘获或提高表面电荷迁移速率能够有效抑制载流子复合，增加光催化反应的量子效率。为提高热电子电荷分离效率，目前国内外所报道的修饰金纳米棒的材料，主要有二氧化钛、石墨烯、铂钯合金、铂、钯等，这些催化剂主要以核壳结构的形式存在，即金纳米棒作为内核，修饰材料作为外壳，因为金纳米棒被包裹在内部，对于其发挥金纳米棒的优势具有不利作用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种金纳米棒两端包覆纳米钯颗粒的光催化材料及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种金纳米棒两端包覆纳米钯颗粒的光催化材料，所述光催化材料呈哑铃状结构，包括金纳米棒，以及包覆在金纳米棒两端的纳米钯颗粒，且所述金纳米棒的中间部分未被纳米钯颗粒包覆。

本发明中光催化材料包括金纳米棒，以及包覆在金纳米棒两端的纳米钯颗粒，呈哑铃状结构。其中，金纳米棒在可见光区具有两个共振吸收峰，在本发明的光催化材料的哑铃状结构中，金纳米棒与钯纳米颗粒复合，将弥补纳米钯颗粒在光吸收上的不足。同时金纳米棒还具有电子存储功能，在可见光的照射下，金纳米棒的局域等离子体共振效应(LSPR)可促使其激发产生热电子，跨越与钯颗粒形成的势垒，注入到钯颗粒上，实现光生电荷的分离；并且，金纳米棒的LSPR效应还具有增强入射光局部电场的功能，这些性质均有助于光催化性能的提高。而且，所述光催化材料的哑铃状结构中，金纳米棒中间部分未被纳米钯颗粒包覆而完全暴露，既增强了其对可见光的吸收，又提供了金纳米棒与反应物充足的接触面，最为重要的是，在紫外或可见光照射下，此结构可实现光生电荷的独立分区分布。并且在应用过程中，光生电荷独立分区分布减少了光生电荷的复合，有利于光生电荷的分离，有利于氧化还原反应同时进行。

较佳地，所述纳米钯颗粒与金纳米棒的摩尔比为(0.5～5):1，优选(1～3):1。

较佳地，所述金纳米棒的长度为123.6～135.8nm，直径为20.0～23.2nm。

较佳地，所述纳米钯颗粒的粒径为6～45nm，优选13.6～43.5nm。

另一方面，本发明还提供了一种上述金纳米棒两端包覆纳米钯颗粒的光催化材料的制备方法，将金纳米棒加入阳离子表面活性剂和溶剂的混合液中，混合后依次再加入氯钯酸、硝酸银和还原剂，然后在25～60℃下反应6～24小时，得到所述金纳米棒两端包覆纳米钯颗粒的光催化材料。