[發(fā)明專利]一種Ag/TiO2納米復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110164378.1
• 申請日: 2011-06-18
• 公開（公告）號: CN102189271A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁長浩;張和民;劉俊;田振飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;C22C1/10
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米TiO₂復(fù)合材料的制備方法，具體涉及一種Ag/TiO₂納米復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

由于TiO₂具有化學(xué)穩(wěn)定性好、抗菌力強、價格便宜等特點，在光催化、太陽能電池、污水處理等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于其較大的禁帶寬度(～3.2?eV)，僅能在紫外光區(qū)有響應(yīng)，對太陽光的吸收利用效率低，再加上光生空穴-電子對復(fù)合速率快，制約了其應(yīng)用和發(fā)展。鑒于此，人們采用了很多方法對TiO₂進行改性以提升其性能。其中，研究最多的有兩種，一是材料結(jié)構(gòu)本身納米化，納米材料的表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)使材料的性質(zhì)發(fā)生改變；二是貴金屬修飾，在TiO₂的表面修飾分布均勻的貴金屬納米粒子，在減小其禁帶寬度的同時還可以使光生空穴-電子對有效的分離，從而提高其效率。對TiO₂進行Ag修飾報道的很多，大多是通過還原劑和穩(wěn)定劑使銀離子還原并負載于TiO₂的表面，還原劑如硼氫化鈉和乙醇，穩(wěn)定劑如有機的分子或聚合物等。然而，由于合成過程中這些試劑的存在，合成樣品的表面(納米材料的比表面很大，吸附力較強)會殘留較多的有機試劑分子，從而，Ag/TiO₂納米復(fù)合材料優(yōu)越性能就不能夠有效的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足和瓶頸，本發(fā)明提供了一種Ag/TiO₂納米復(fù)合材料的制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種Ag/TiO₂納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)將鈦(99.9999％)單質(zhì)靶材浸沒在去離子水中，采用Nd:YAG脈沖激光，波長為1064nm和532nm，能量85-100mJ，燒蝕鈦單質(zhì)靶材15-25分鐘，得到非晶狀的TiO_X的膠體；

(2)在避光的條件下，向上述TiO_X的膠體中滴加硝酸銀溶液使得溶液?的銀離子濃度在5-15μM，超聲分散均勻8-12min；

(3)將上述的分散均勻溶液在高壓反應(yīng)釜中進行水熱處理14-18h，溫度控制在170-190℃，得到Ag/TiO₂納米復(fù)合材料。

所述的Ag/TiO₂納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的Nd:YAG脈沖激光波長為1064nm，能量選95mJ。

所述的水熱處理使未完全氧化和未完全結(jié)晶的TiO_X的膠體顆粒進一步結(jié)晶氧化形成TiO₂，同時釋放電子還原吸附其表面的銀離子。

本發(fā)明中TiO_X膠體具有顆粒小，高反應(yīng)活性；不添加任何還原劑、穩(wěn)定劑等有機試劑，成功地使銀維系納米團簇均勻負載于銳鈦礦納米顆粒的表面，實施過程簡單、有效；通過粉末衍射和光電子能譜，證明了是以單質(zhì)銀團簇存在；修飾銀后的二氧化鈦光吸收發(fā)生紅移，禁帶寬度減小，可以有效的提高對太陽光的利用率；該方法為實現(xiàn)超微細貴金屬(比如銀、金、鉑等)納米顆粒對半導(dǎo)體材料(比如，氧化鋅、氧化錫、氧化鐵等材料)的修飾提供了新的途徑和思路，同時，也拓寬了液相激光燒蝕的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明設(shè)計是基于液相脈沖激光燒蝕所產(chǎn)生的膠體具有以下特性：i)膠體顆粒非常小，活性非常高；ii)由于脈沖激光產(chǎn)生的膠體顆粒是在瞬間完成的，致使其氧化不完全，比如鈦的膠體，主要以非化學(xué)計量比TiO_X(X＜2)存在；iii)膠體顆粒的表面有較多的氧空位和缺陷，表面化學(xué)反應(yīng)性高。由于膠體的這種特性，我們在TiO_X的膠體中滴加不同濃度的硝酸銀溶液(使溶液的銀離子濃度分別為5μM，10μM，且操作時避光)，超聲分散均勻(10min)，再通過簡單的水熱處理(180℃，16h)，水熱可以使未完全氧化和未完全結(jié)晶的膠體顆粒進一步結(jié)晶氧化，同時釋放電子還原吸附其表面的銀離子，最終原位自發(fā)合成Ag/TiO₂納米復(fù)合材料，如圖1所示。利用液相激光燒蝕產(chǎn)生的TiO_X溶膠進行合理的設(shè)計，合成了Ag/TiO₂納米復(fù)合材料，該方法具有銀顆粒小、分布均勻、無需其它有機化學(xué)試劑等特點。

附圖說明