[發明專利]一種在金屬氧化物表面原位生長金屬納米顆粒的方法與應用

有效

• 申請號: 201310258084.4
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103357400A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 席廣成;胡超;閆妍;張軒;李俊芳;楊海峰;盧曉靜;白樺
• 申請（專利權）人: 中國檢驗檢疫科學研究院
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/52;B01J23/68;B01J23/652
• 代理公司: 北京中海智圣知識產權代理有限公司 11282
• 代理人: 李奎書

技術領域

本發明屬于化工領域，尤其是涉及一種在金屬氧化物表面原位生長金屬納米顆粒的方法與應用。

背景技術

光催化技術是在20世紀70年代誕生的科學技術，最典型的天然光催化行為就是植物的光合作用。納米光催化技術是一種納米仿生技術，用于環境凈化，自清潔材料，新能源，癌癥醫療，高效率抗菌等多個前沿領域。所謂光催化就是在催化體系中的加入一定量的半導體催化材料，并在一定波長的光照射下受激發形成光生電子-空穴對，光生空穴分解催化劑表面吸附的水產生氫氧自由基，光生電子使其周圍的氧還原成具有活性的氧自由基，從而具備極強的氧化-還原作用，使水中有毒的污染物得以分解為無毒或毒性較小的物質。

光催化反應中所使用的半導體催化劑包括幾種重要的金屬氧化物，如TiO₂、WO₃、MoO₃等。尤其是TiO₂，由于其化學穩定性高、廉價、無毒、耐光腐蝕且具有較深的價帶能級，可使一些光化學反應在TiO₂表面得以實現，但是TiO₂發生光催化反應時只能利用紫外光，而紫外光占太陽光能量的3%～4%，占太陽光能量45%的可見光不能被吸收。這極大地限制了TiO₂在太陽光下的催化效率，制約其實際應用。因此，擴大TiO₂對可見光的吸收和利用的方法成為光催化應用領域的熱點。

發明內容

本發明的目的是提供一種在金屬氧化物表面原位生長金屬納米顆粒的方法，以提高金屬氧化物的光催化性能。

本發明所提供的在金屬氧化物表面原位生長金屬納米顆粒的方法，包括以下步驟：

（1）將金屬氧化物粉末加入水中，用磁力攪拌器充分攪拌，混合成白色懸濁液；

（2）將NaBH₄和水混合配制成NaBH₄溶液；

（3）將配制好的NaBH₄水溶液全部滴入所述懸濁液，懸濁液顏色從白色變成黑色；

（4）將黑色的懸濁液靜置直至懸浮顆粒完全沉淀，將上層液體吸掉，得到黑色粉末；所得到的黑色粉末用水清洗3遍，然后將清洗后黑色粉末的加入水中、并放在磁力攪拌器上攪拌；

（5）向新的懸濁液中緩慢滴加金屬前軀體溶液，直到懸濁液顏色改變，所述金屬前軀體溶液是貴金屬鹽溶液或者貴金屬的酸溶液；

（6）將懸濁液在避光處靜置12～15小時，放入70～90℃的烘箱中干燥，即得到在表面原位生長有金屬納米顆粒的金屬氧化物。

優選地，所述金屬氧化物為TiO₂、MoO₃、WO₃中的一種，所述金屬納米顆粒為Au、Pt、Pd、Ag中的一種。

優選地，步驟（1）中所述金屬氧化物粉末和水的質量比為2～4∶40～60；步驟（2）中所述NaBN₄和水的質量比為0.3～0.7∶8～12。

優選地，所述步驟（5）中所述的金屬前軀體溶液為HAuCl₄溶液、H₂PtCl₆溶液、PdCl₂溶液、RhCl₂溶液、AgNO₃溶液中的一種。

優選地，所述步驟（5）中金屬前軀體溶液的濃度為5～15g/L。

優選地，所述步驟（5）中金屬前軀體的滴加速率為每分鐘5～15滴。

本發明所述方法制備的表面具有金屬納米顆粒的金屬氧化物，所述金屬氧化物表面具有粒徑為納米級金屬納米顆粒。所述金屬氧化物為TiO₂、MoO₃、WO₃中的一種，所述金屬納米顆粒為Au、Pt、Pd、Ag中的一種。

本發明所述方法制備的表面具有金屬納米顆粒的金屬氧化物，用作光催化劑。

本發明采用的是在光催化金屬氧化物表面原位生長貴金屬納米顆粒，貴金屬納米顆粒能夠增強光催化金屬氧化物在可見光區域的吸收，因此采用該方法得到的材料能夠提高金屬氧化物對太陽可見光的利用效率，能夠大幅提高金屬氧化物的光催化效率。

附圖說明

圖1為TiO₂粉末的SEM照片。

圖2為實施例1在TiO₂粉末表面原位生長Pt納米顆粒后的SEM照片。