[發明專利]利用光還原法合成Au與Ag共修飾的TiO2納米棒陣列的方法

在審

• 申請號: 201610001782.X
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105621349A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 徐芳;白丹丹;陳會敏;武大鵬;高志勇;梅晶晶;蔣凱
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司 41107
• 代理人: 路寬

技術領域

本發明屬于復合納米材料的合成技術領域，具體涉及一種利用光還原法合成Au與Ag共修飾的TiO₂納米棒陣列的方法。

背景技術

隨著近代工業的發展，化石燃料的消耗越來越多，給地球和環境帶來不同程度的破壞。隨著化石燃料的枯竭和對環境保護的要求，對清潔能源的需求越來越迫切。利用太陽能的太陽能電池、光電化學分解水制氫是目前最具活力的研究領域。自從1972年日本學者Fujishima和Honda采用單晶n-TiO₂進行太陽能光催化分解水制氫的成功，揭開了TiO₂作為光電化學分解水光陽極的序幕。TiO₂作為光電化學分解水的光陽極材料需要具有較大的比表面積、較高的光生電荷傳輸速率以及較多的表面活性位點。

傳統的TiO₂納米材料的帶隙是3.4eV，只能吸收太陽光中的紫外光，而紫外光只占太陽光的5%，大部分的可見光及紅外光不能利用。為了提高TiO₂納米棒陣列對入射光的捕獲能力，通常利用元素摻雜、窄帶隙半導體敏化、染料敏化和等離子共振金屬修飾等方法。其中等離子共振金屬修飾通常利用Au、Ag等貴金屬修飾在TiO₂納米棒陣列表面，利用金屬的局域場增強效應、熱電子注入效應提高對入射光的吸收和光生電荷的傳輸、分離效率，進而提高光電催化產氫效率。此外，貴金屬在水溶液中具有良好的穩定性，因此等離子金屬修飾的TiO₂光陽極的穩定性也有一定提高。

在TiO₂表面修飾貴金屬提高其光電催化性能引起了廣泛的研究興趣，如采用浸漬還原法、電沉積法、光還原法等在TiO₂表面進行Au修飾。公開號為CN103872174A的專利公開了一種Au修飾TiO₂納米棒陣列光陽極的制備方法，該方法在導電玻璃表面預沉積貴金屬Au納米顆粒，然后在Au納米顆粒表面生長TiO₂納米棒陣列，最后在TiO₂納米棒表面進行Au量子點修飾得到Au修飾的TiO₂納米棒陣列光陽極。在Au的表面等離子共振吸收頻率附近，光陽極對入射光的吸收顯著增強。雖然Au的等離子共振吸收頻率通過改變尺寸、形貌可以進行調控，但其調控范圍畢竟有限，對入射光響應的提高能力也有限，利用兩種等離子共振金屬同時修飾TiO₂，則可以在兩個波段產生等離子共振吸收，提高光陽極對入射光的捕獲能力。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種利用光還原法合成Au與Ag共修飾的TiO₂納米棒陣列的方法，Au與Ag納米顆粒均勻分布在TiO₂納米棒陣列的表面。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，利用光還原法合成Au與Ag共修飾的TiO₂納米棒陣列的方法，其特征在于具體步驟為：

（1）將24mL去離子水和24mL質量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入0.8mL鈦酸四丁酯，并攪拌至溶液澄清得前驅物溶液，將所得前驅物溶液轉移至水熱反應釜中，并放入潔凈的FTO導電玻璃，于150℃反應20小時，自然冷卻至室溫，取出樣品沖洗干凈后烘干，然后置于馬弗爐中于450℃煅燒30分鐘得到長度為3~4μm的TiO₂納米棒陣列；

（2）將步驟（1）得到的TiO₂納米棒陣列浸入溶有HAuCl₄和聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中，在紫外光下照射10~30分鐘，然后將樣品取出清洗并自然晾干得到Au修飾的TiO₂納米棒陣列；

（3）將步驟（2）得到的Au修飾的TiO₂納米棒陣列浸入溶有AgNO₃和聚乙烯吡咯烷酮的水與乙醇的混合溶液中，在紫外光下照射10~30分鐘，然后將樣品取出清洗并自然晾干得到Au與Ag共修飾的TiO₂納米棒陣列。

進一步優選，步驟（2）中所述的溶有HAuCl₄和聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中HAuCl₄的摩爾濃度為0.01~0.1mmol/L，聚乙烯吡咯烷酮的質量濃度為2g/L。