[发明专利]Ag-rGO-TiO2纳米环/纳米管复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种制备Ag‑rGO‑TiO₂纳米环/纳米管复合材料的方法。首先在含氟化铵和氧化石墨分散液的乙二醇电解液中进行第一步阳极氧化法，然后在含氟化铵和去离子水的乙二醇电解液中进行第二步阳极氧化，经紫外光照还原后得到rGO‑TiO₂纳米环/纳米管结构。最后采用脉冲电沉积法在rGO‑TiO₂表面负载Ag纳米粒子得到Ag‑rGO‑TiO₂复合材料。本发明针对传统半导体TiO₂自身的缺陷，通过向TiO₂半导体中引入Ag和rGO纳米粒子提高了可见光吸收，降低了光生电子‑空穴复合率。所制备材料可广泛应用于光解水制氢、降解有机物等光电催化体系，实现了对太阳能的有效利用和产物的高效分离。

技术领域

本发明属于光催化纳米材料技术领域，涉及一种Ag-rGO-TiO₂三元复合材料的制备方法。

背景技术

随着人类物质文明的跨越式进步，能源短缺及环境污染问题日益严重，亟需我们开发利用清洁可再生新能源。光催化剂能够将丰富的太阳能转换为人类可利用的化学能，因而受到研究者的关注。其中，TiO₂以无毒无害、廉价易得、性能稳定等综合优势而被广泛研究，但是材料本身“光生电子-空穴对易复合”和“仅对紫外光响应”这两个缺点严重限制了其发展。用具有较大比表面积和较高电子迁移率的石墨烯对TiO₂进行修饰能够提高光生载流子的传递速率从而降低电子-空穴对的复合率。同时，Ag纳米粒子在可见光照射条件下能够产生等离激元共振效应，负载于TiO₂表面能够增强材料的可见光吸收。

目前，Ag、石墨烯和TiO₂复合材料大多数是采用混合制备的方法，然后应用于多相体系。相比而言，光电体系中的光催化产物更方便分离、收集。因此，制备规则形貌的Ag-rGO-TiO₂纳米环/纳米管结构能够拓展该三元复合材料应用于光电体系，对光解水制氢、降解有机物等光电催化体系的发展具有重要意义。

发明内容

为了提高传统半导体材料TiO₂的光催化性能，本发明提出一种制备Ag-rGO-TiO₂纳米环/纳米管复合材料的电化学方法。其中，纳米环/纳米管复合材料上部为较大直径的纳米环，下部为受到纳米环约束的纳米管，直径相对较小，表面所负载Ag纳米粒子粒径均一、可控，无团聚现象产生。并且，本发明所制备的Ag-rGO-TiO₂纳米环/纳米管复合材料应用于光电体系。

所述Ag-rGO-TiO₂纳米环/纳米管复合材料的制备方法，具体操作按下列步骤进行：

S1采用两步阳极氧化法制备GO-TiO₂纳米环/纳米管：以钛箔为阳极，铂网为阴极，施加60-100V恒电压，在含氟化铵和氧化石墨分散液的乙二醇电解液中进行第一步阳极氧化，时长60-100min，然后超声处理5-15min将表面生长的TiO₂纳米管阵列去除；干燥后重新作为阳极，在含氟化铵和去离子水的乙二醇电解液中进行第二步阳极氧化，外加20-40V恒电压，时长10-100min，即制得GO-TiO₂纳米环/纳米管结构，经400-500℃条件煅烧3-5h使得材料结晶化；

S2紫外光照及化学还原处理得到rGO-TiO₂纳米环/纳米管：将步骤S1所制备的GO-TiO₂纳米环/纳米管浸入0.5–1.5mol/L硼氢化钠水溶液中，置于距氙灯5–10cm处照射1-3h，然后放入管式真空炉中在110-150℃下退火1-2h吸收溶剂，即制得还原后的rGO-TiO₂纳米环/纳米管结构；