[发明专利]一种金属团簇光稳定性催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种金属团簇光稳定性催化剂的制备方法及其应用，通过表面性质调控和/或界面修饰法组合策略提高金属团簇的光稳定性，通过氟离子包裹以减少二氧化钛表面的羟基含量，从而降低金属团簇的团聚；在此基础上，用聚乙烯亚胺对材料表面进行修饰，可以进一步提供金属团簇的光稳定性。在可见光光照下，该催化剂表现出良好的光催化还原六价铬的活性和稳定性；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治理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，具体涉及一种金属团簇光稳定性催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

纳米金团簇，是指尺寸小于2nm，由确定数目的金原子组成的相对稳定的分子级聚集体。由于量子尺寸效应，金团簇具有独特的光学性质、电学性质、化学活性等，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。

在太阳能转化的应用中，纳米金团簇不但能够作为反应活性位点，而且还能够作为光敏剂产生光生电子空穴对，拓展材料在可见光区的吸收范围和强度。例如，纳米金团簇负载型光催化剂可以被用于光解水产氢，选择性有机转化和污染降解等。但是，纳米金团簇面临着光稳定性的问题，即，长时间光照会导致纳米金团簇团聚长大为金颗粒，从而失去催化活性。如何提高金属团簇的光稳定性是目前金属团簇面临的一个难点。通常，金属团簇是负载在半导体载体上然后进行光催化反应，而载体的表面性质无疑会对金属团簇的催化活性及稳定性产生影响，然而，如何通过优化载体的表面性质来提高金属团簇的光稳定性的研究仍鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种金属团簇光稳定性催化剂的制备方法及其应用，解决了上述背景技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种金属团簇光稳定性催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)二氧化钛纳米材料的制备：

a.将钛酸正四丁酯和氢氟酸混合搅拌后加入到反应釜中，在175～185℃水热22～26h，后离心、洗涤、干燥得到表面调控的二氧化钛纳米材料；或，

b.二氧化钛纳米材料的制备：将钛酸正四丁酯和水混合搅拌后加入到反应釜中，在175～185℃水热22～26h，后离心、洗涤、干燥得到二氧化钛纳米材料；

(2)界面修饰的二氧化钛纳米材料的制备：将步骤(1)-a或(1)-b制得的二氧化钛纳米材料加入到乙醇中，并加入支化聚乙烯亚胺水溶液，然后在55～65℃回流3～4h，然后离心、洗涤、干燥得到界面修饰二氧化钛纳米材料；

(3)纳米金团簇的制备：将氯化金三水合物分散到水中，加入半胱氨酸搅拌至无色后在65～75℃回流22～26h，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)复合催化剂的制备：将步骤(2)制得的界面修饰二氧化钛纳米材料分散到水中，加入浓盐酸调节体系的pH为2，然后逐滴加入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-二氧化钛纳米材料复合催化剂。

在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)-a中钛酸正四丁酯和氢氟酸的体积比为5:1。

在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)-b中钛酸正四丁酯和水的体积比为5:1。

在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)中支化聚乙烯亚胺水溶液的浓度为84～88mg/mL。

在本发明一较佳实施例中，所述步骤(3)中氯化金三水合物、水、半胱氨酸的用量比为0.22～0.26g：300mL：0.27～0.28g。

在本发明一较佳实施例中，所述步骤(3)水和乙腈的混合溶液中水与乙腈体积比为1:3。