[发明专利]间隙可调的Au层和AgAu层的核与CdS壳的纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于无机纳米材料技术领域，具体涉及一种间隙可调的Au层和AgAu层的核与CdS壳的核壳纳米材料及其制备方法和应用。本发明提出利用单次或多次循环置换反应的方法，合成具多间隙的Au/AgAu异质纳米晶体，并在其表面原位包裹CdS纳米壳层，制备出纳米间隙可调的(Au/AgAu)@CdS核壳纳米材料。制备出的(Au/AgAu)@CdS，结构稳定、纳米间隙可调、多界面等离激元耦合效应明显、光催化产氢气效率高。

技术领域

本发明属于无机纳米材料技术领域，具体涉及一种间隙可调的Au层和AgAu层的核与CdS壳的核壳纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

基于等离激元的金属-半导体新型纳米材料具有优异的光电转换特性，在光催化太阳能转换等领域展现出巨大的应用潜力。在目前制备的金属-半导体异质纳米材料中，以金属为核、半导体为壳层研究最为广泛。传统方法制备的金属-半导体核壳纳米材料，金属纳米晶体核大多数为单组分金属，如金(银)纳米球、纳米棒等。单组分的金属纳米晶体所展现出来的等离激元光学特性具有局限性，如光子吸收范围较窄、近场增强效应较弱等。多金属界面间的等离激元耦合效应，被证实具有更高的光子吸收效率、更强的近场增强效应，可以作为金属-半导体异质纳米材料中理想的等离激元供体。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种间隙可调的Au层和AgAu层的核与CdS壳的核壳纳米材料[(Au/AgAu)@CdS]及其制备方法和应用。该方法简便可控，制备的核壳纳米材料，结构稳定可控、等离激元强耦合效应明显、光催化产氢气性能优异，对功能光催化剂的构建有重要的参考意义。

本发明所提供的技术方案如下：

一种间隙可调的Au层和AgAu层的核与CdS壳的核壳纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

1)制备金纳米球胶体溶液；

2)向步骤1)得到的所述金纳米球胶体溶液中加入第一十六烷基三甲基氯化氨，并在55～65℃条件下进行预热，然后加入抗坏血酸、第二十六烷基三甲基氯化氨和硝酸银，在55～65℃条件下进行反应，得到Au核与Ag壳的核壳纳米球胶体溶液；

3a)向步骤2)得到的所述Au核与Ag壳的核壳纳米球胶体溶液中加入第一十六烷基三甲基氯化氨，并在55～65℃条件下进行预热，然后加入抗坏血酸、第二十六烷基三甲基氯化氨和氯金酸，在55～65℃条件下进行反应，得到Au核与AgAu壳的核壳纳米球胶体溶液，其中，所述Au核和所述AgAu壳之间具有间隙；

4)向步骤3a)得到的所述Au核与AgAu壳的核壳纳米球胶体溶液中加入六亚甲基四胺、抗坏血酸、十六烷基三甲基溴化氨、硫代乙酰胺和乙酸镉，然后将混合物转移到容器中封装，再加热到80～90℃进行反应；

5)将步骤4)反应后的混合溶液冷却到室温，然后通过离心分离，得到固体产物；

6)将步骤5)得到的所述固体产物依次用去离子水和乙醇清洗若干遍，60～70℃条件下干燥，得到具有单个纳米间隙的Au/AgAu的核与CdS壳的核壳纳米材料。

上述技术方案利用置换反应的方法，合成具有间隙的Au/AgAu异质纳米晶体，并在其表面原位包裹CdS纳米壳层，制备出纳米间隙可调的(Au/AgAu)@CdS核壳纳米材料。制备出的(Au/AgAu)@CdS，结构稳定、纳米间隙可调、多界面等离激元耦合效应明显、光催化产氢气效率高。

进一步的，间隙可调的Au/AgAu层的核与CdS壳的核壳纳米材料的制备方法包括以下步骤：

1)制备金纳米球胶体溶液；

2)向步骤1)得到的所述金纳米球胶体溶液中加入第一十六烷基三甲基氯化氨，并在55～65℃条件下进行预热，然后加入抗坏血酸、第二十六烷基三甲基氯化氨和硝酸银，在55～65℃条件下进行反应，得到Au核与Ag壳的核壳纳米球胶体溶液；