[發明專利]一種Au@TiO2空心核殼結構光催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201610236317.4
• 申請日: 2016-04-16
• 公開（公告）號: CN105749908B
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 孫航;何沁容;曾珊
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J23/52
• 分類號: B01J23/52;B01J35/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種Au@TiO₂空心核殼結構光催化劑及其制備方法，屬于半導體光催化劑技術領域。以Au納米粒子為內核，以TiO₂為外殼，且內核與外殼之間具有空腔。其中Au核的尺寸可以通過改變加入的Au納米粒子種子的尺寸調節，殼層的厚度以及空腔的大小可以通過改變加入的Au納米粒子和鈦源的比例以及鈦源的濃度進行調節。本發明提供的方法避免了制備二氧化鈦殼層過程中的Au納米粒子的聚集融合導致的Au核的尺寸不均一，或者一個空腔內多個Au核的出現。應用本發明制備的空心核殼結構，Au核的大小可控，同時保證一個空腔內只有一個Au核，核殼結構均一，其可見光(λ_max>420nm)催化效果比二氧化鈦P25有顯著的提高，在光催化領域有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于半導體光催化劑技術領域，具體涉及一種Au@TiO₂空心核殼結構光催化劑及其制備方法。

背景技術

光催化氧化技術被認為是解決環境污染問題的最有應用前景的技術之一。迄今為止，已經發現有3000多種難降解的有機化合物可以通過半導體光催化氧化而迅速降解。在光催化技術常用的半導體中，TiO₂安全無毒、價格低廉，其本身在紫外光下光催化性能優良，且其物理化學性質穩定，反應條件溫和易得，使用壽命長而被廣泛使用。然而，目前單純的TiO₂的只能被紫外光所激發，因此其吸收的光能大約只占太陽光的4％，太陽能的利用效率低。而且半導體受光激發所產生的載流子復合率高，光量子效率低。因此，開發和研究可見光響應的半導體光催化材料，將光響應范圍擴展到可見光區，從而提高太陽光的利用效率，并提高光量子效率，推進光催化材料在實際生產和生活的應用，是目前亟待解決的關鍵問題。

最近，貴金屬復合的半導體納米材料由于其提高光催化效率的能力而成為研究的熱點。貴金屬/半導體的異質結構結合了貴金屬以及半導體各自的優點，貴金屬在可見光區強的表面等離子體共振(SPR)效應可以拓展納米材料對可見光的吸收；而且貴金屬一般具有比半導體更低的費米能級，促進了光生電子和空穴的分離，從而提高光催化劑的光量子效率。此外調控半導體納米粒子的結構也是提高其光催化性能的重要方法。近年來，具有獨特中空結構的空心納米微球因具有密度低、比表面積高的優點而受到了廣泛的關注。半導體空心納米微球獨特的中空結構可以增加光在中空結構內的反射和散射，提高光能捕獲效率；而且其大的比表面積可以增加對反應底物的吸附量；與此同時，其內部的空間可以容納一定量的反應液，有利于反應底物和產物的擴散，從而從多方面改善半導體光催化劑的催化效率。Yin等通過選擇性去除SiO₂@TiO₂核殼納米粒子的內核，合成了TiO₂空心微球(晶型、結晶度可調)，與商業化的二氧化鈦(P25)相比，該結構在光催化降解羅丹明B的實驗中具有更高的催化效率(Adv.Funct.Mater.2013,23,4246)。