[发明专利]一种哑铃状金纳米双锥-二氧化钛纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种哑铃状金纳米双锥/二氧化钛纳米复合材料及其制备方法，属于材料化学领域。本发明采用湿化学的方法，通过TiCl₃水解，在金纳米双锥的两头生成TiO₂，得到哑铃状的结构。本发明将金纳米双锥与二氧化钛复合，拓宽氧化钛的吸收光谱到可见光和近红外光区，同时最大限度提高了金属热电子的电荷分离。相对于核壳状的结构，这种哑铃状的空间分离结构，使得金双锥中间部分暴露出来，在可见光和近红外光的照射下，产生的SPR热电子跨越与二氧化钛形成的肖特基势垒，转移到二氧化钛上，有效的从金纳米双锥中分离出，留下正电荷可直接在金双锥表面与电子供体发生氧化反应。哑铃状的纳米复合材料可有效增强热电子的产生和光催化的性能。

技术领域

本发明属于材料化学领域。具体公开了一种哑铃状金纳米双锥/二氧化钛复合材料及其制备方法，该纳米复合材料在光催化，太阳能电池和光热治疗等领域有广阔的应用前景。

背景技术

金纳米晶体由于具有独特的物理化学和等离子体特性被广泛的应用于太阳能捕获，生物技术，疾病诊断和纳米医药等领域。在金纳米晶中，类似金棒这种细长的金纳米晶因其合成方法成熟，等离子体波长可调等优势，被广泛应用于各种研究领域。

除了金纳米棒之外，金纳米双锥是另外一种具有可调的纵向等离子共振波长（LSPR）的细长型金纳米晶(Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 341)。金纳米双锥有两个在底部连在一起的五棱柱组成，有两个尖锐的顶点，金纳米双锥比金棒更稳定。与金纳米棒相似，金纳米双锥也有两个与电子振荡方向对应的沿纵向和横向的表面等离子体共振峰且LSPR波长可以系统地调控。相对于金纳米棒，金纳米双锥具有更尖锐的顶端和更窄的形貌和尺寸分布，因此金纳米双锥的消光截面和局域电场增强要比金纳米棒强很多。因此金纳米双锥在传感，生物医学和等离子体增强光谱等领域的应用中具有更大的优势。

纳米二氧化钛是一种n型的半导体材料，以其优异的光催化活性，价格低廉和无毒无害等优点，得到了广泛的应用。但是二氧化钛光催化剂也存在着一些不足之处，如光吸收波长范围较窄，吸收波长大多在在紫外区，太阳能的利用率低；且载流子的复合率较高，量子转换效率较低。

发明内容

本发明目的在于提供一种哑铃状金纳米双锥/二氧化钛纳米复合材料及其制备方法，从而克服现有技术中存在的一些不足。

本发明所述的哑铃状金纳米双锥/二氧化钛纳米复合材料的具体制备方法如下：

（1）种子法制备金纳米双锥，加入种子，合成具有不同纵向等离子体共振峰的金纳米双锥，具体过程如下：将0.1~0.4mL种子按照现有技术制备金纳米双锥原溶液，离心，分散在10mL超纯水中得到金纳米双锥溶液。将金双锥溶液与十六烷基三甲基溴化铵溶液混匀后，得到混合溶液；十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度为0.3-1.5mmol/L，优选0.3-1 mmol/L，金双锥溶液与十六烷基三甲基溴化铵溶液的体积比为1︰3；

（2）将三氯化钛溶液(购自阿拉丁，15-20 wt%，含盐酸30 wt%，下同)分散在超纯水中，加入0.9~1mol/L的碳酸氢钠溶液调节pH=2~3，得到钛的水解液，三氯化钛溶液与超纯水的体积比为1︰25；

（3）将步骤（1）得到的混合液加入到步骤（2）所得的溶液中反应，反应30~120min，将溶液离心，除去上清，所得固体即为哑铃状金纳米双锥/二氧化钛纳米复合材料，将所得固体重新分散于5mL超纯水中保存。