[发明专利]一种暴露{001}晶面TiO2纳米片负载Agx-Au1-x光催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种暴露{001}晶面TiO₂纳米片负载Ag_x‑Au_1‑x光催化剂的制备方法。具体过程如下：首先采用溶剂热法制备暴露{001}晶面TiO₂纳米片，之后以合成的暴露{001}晶面TiO₂纳米片为载体，硝酸银溶液和氯金酸溶液为先驱体，通过汞灯光照将Ag‑Au合金负载到暴露{001}晶面TiO₂纳米片上，得到最终产物暴露{001}晶面TiO₂纳米片负载Ag_x‑Au_1‑x光催化剂。本发明旨在充分利用TiO₂{001}晶面优势改善其光催化活性的同时，进一步通过贵金属Ag‑Au合金修饰赋予TiO₂优异可见光响应及电子空穴分离特性，有效提升TiO₂基光催化材料可见光催化活性。

技术领域

本方法发明属于功能微纳米材料制备技术领域，具体为一种暴露{001}晶面TiO₂纳米片负载Ag_x-Au_1-x光催化剂的制备方法。

背景技术

TiO₂作为目前应用最为广泛的光催化材料之一，以其催化活性高、化学稳定性好、价格低廉、无毒无害等优良性能而最受青睐。然而TiO₂也存在自身的局限性，纯TiO₂的宽带隙能和高电子空穴复合率导致其光催化效率较低，这些因素极大地影响了TiO₂的实际应用。另一方面，半导体光催化技术以表面反应为主，TiO₂的不同微观结构(形貌及暴露晶面等)，导致其表面性质显著不同，进而影响光催化性能。因此，在实现TiO₂微观结构精细调控的同时，设计新型TiO₂基复合光催化材料成为扩展TiO₂光响应范围和提升电子空穴分离度的有效手段。

随着晶面工程的提出和多学科的交叉共融，近几年，通过调控晶体不同晶面暴露程度来调节光催化材料性能受到人们的青睐。对于锐钛矿TiO₂，热力学优势生长通常暴露{101}晶面，而理论计算和实验表明其{001}晶面具有更高的光催化活性，但{001}晶面的高表面能导致其易在生长过程中快速消失，因此合成暴露{001}晶面的TiO₂为其光催化活性的改善提供了一种新思路。2008年，Yang等人采用水热法以HF作为晶面控制剂首次合成了暴露{001}晶面比例为47％的微米级锐铁矿TiO₂，该材料显示出比常规暴露{101}晶面TiO₂更高的光催化活性(Nature，2008，453，638-641.)。随后，他们以2-丙醇取代水作为增效剂和反应媒介，将{001}晶面暴露比例提高至64％，研究发现其单位比表面积光催化活性是商品化纳米TiO₂粉末P25的5倍(J.Am.Chem.Soc.，2009，131，4078-4083.)。微米级TiO₂比表面积较小，限制了该类材料催化性能的提升。而Han等通过调变反应条件合成了暴露89％{001}面的TiO₂纳米片，显示出高于微米材料的光催化活性(J.Am.Chem.Soc.，2009，131，3152-3153.)。受这一启发，随后通过改进反应条件不断有暴露高比例{001}晶面TiO₂纳米片(单晶)被合成。