[发明专利]一种合成具有方形形貌N掺杂C包覆Au/TiO2

说明书

一种合成具有方形形貌N掺杂C包覆Au/TiO₂光催化剂的方法，包括：通过简单的溶剂热反应和光还原的方式，合成形貌均一的Au@MOFs纳米颗粒，再在Au@MOFs纳米颗粒的基础上，采用原位煅烧的方式，得到一种具有方形形貌N掺杂C包覆Au/TiO₂界面结构的复合纳米材料。所制备的方形形貌N掺杂C包覆Au/TiO₂界面结构材料，相对于TiO₂单一催化剂和Au/TiO₂有着更高的光催化活性，可作为新的光催化材料，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种新型纳米材料的合成，具体涉及一种合成具有方形形貌N掺杂C包覆 Au/TiO₂光催化剂的方法。

背景技术

以半导体作为光催化剂的光催化技术在解决环境和能源问题方面显示出很高的潜力，自从首次报道将二氧化钛TiO₂用作半导体电极通过水的电化学光解法生产H₂以来，TiO₂由于其具有无毒，低成本，优异的稳定性和高的光催化活性而受到广泛关注，并成为光催化分解水的常用催化剂之一。然而，纯TiO₂光生电子-空穴的快速复合限制了其H₂放出的总体效率。为了解决这个问题，如Pt，Au，Ag等贵金属和碳材料负载在TiO₂表面上可作为有效的助催化剂，增强材料的催化性能。这些助催化剂具有良好的电导率，TiO₂的光生电子与空穴可以有效分离并迁移以参与H₂的生产，从而提高了H₂的生成速率。此外，研究表明负载有双重助催化剂的光催化剂比负载有一种助催化剂或不负载助催化剂的光催化剂具有更好的光催化活性。而当多重催化剂进行负载时，催化剂的界面结构的调控可影响催化剂的催化活性。

然而设计制备一种制备具有方形形貌N掺杂C包覆Au/TiO₂界面结构的光催化剂仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明通过以HAuCl₄·4H₂O作为金属源，在紫外线照射作用下于MOF上光还原负载金颗粒，然后通过MOF受热分解形成N掺杂C包覆的碳层，最终获得了具有方形形貌N掺杂C包覆 Au/TiO₂界面结构，这项工作采用定向光化学还原和原位煅烧的方法制备这种具有方形形貌N 掺杂C包覆Au/TiO₂界面结构复合纳米材料。

具体而言，本发明提供了一种合成具有方形形貌N掺杂C包覆Au/TiO₂光催化剂的方法，，包括以下步骤：

S1：将钛酸四异丙酯和2-氨基对苯二甲酸溶解在有机溶剂中得混合溶液，将混合溶液转移至高压反应釜中加热反应一段时间；反应结束后，离心收集产物，清洗，干燥得方块状结构的NH₂-MIL-125前驱物；

S2：将NH₂-MIL-125前驱物和HAuCl₄·4H₂O添加到甲醇中，无光条件下通N₂搅拌一段时间得悬浮液，之后对悬浮液进行紫外线照射反应一段时间，过滤收集所得样品，干燥，得Au@MOFs纳米颗粒；

S3：将Au@MOFs纳米颗粒在保护气氛中进行高温煅烧一段时间，得具有方形形貌N掺杂C包覆Au/TiO₂界面结构的纳米材料。

进一步的，所述步骤S1中，有机溶剂是N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合液。

进一步的，所述N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的体积比为7：5。

进一步的，所述步骤S1中，所述高压反应釜是聚四氟乙烯高压应釜，加热温度是150℃，反应时间是24h。

进一步的，所述步骤S2具体包括：