[发明专利]一种金原子簇/TiO2复合纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金原子簇/TiO₂复合纳米材料的制备方法。

背景技术

纳米TiO₂是一种非常重要的半导体材料，同时具有纳米材料所具备的表面效应和持久的化学稳定性，已经被广泛应用于光催化降解等多个领域并取得了显著的研究进展。

另一方面，金一直被认为是一种低活性的材料，但纳米级的金可表现出很高的催化活性。由于纳米金粒子表面能大，容易团聚，使用时一般通过浸渍法分散负载到载体上，但该方法制备的金的颗粒通常大于30nm。负载型金催化剂对于许多反应都有良好的催化活性，通常认为最佳粒径要低于5nm，动力学研究也表明，负载在TiO₂上的具有2个原子厚度的金簇具有最大的催化活性。

现有的负载型结构的Au/TiO₂复合材料通常是以介孔TiO₂、微孔TiO₂或TiO₂纳米管为载体，采用沉积-沉淀法制备负载Au；这种方法得到的复合材料，其负载的金晶粒主要分散在载体表面和载体晶粒的空隙之间，金晶粒分散不均匀，且其催化活性较低。

因此，开发一种具有良好稳定性，且具有更高催化活性的金原子簇/TiO₂复合纳米材料，具有积极的现实意义。

发明内容

本发明目的是提供一种金原子簇/TiO₂复合纳米材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种金原子簇/TiO₂复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

(a) 将TiO₂纳米粉末置于氯金酸水溶液中，超声分散至少2分钟，得到待反应溶液；所述TiO₂与Au的质量比为50~300：1；

(b) 将上述待反应溶液于125~135℃加热，并于溶液沸腾时在搅拌下一次性加入柠檬酸三钠溶液，当溶液由白色变为紫色后，继续搅拌至少10分钟，即可得到TiO₂负载金原子簇结构的金原子簇/TiO₂复合纳米材料。

上述技术方案中，所述步骤(a)中的TiO₂纳米粉末为金红石相与锐矿钛相的混合晶型，且锐矿钛相的比例为50~90%。

上述技术方案中，所述柠檬酸三钠和氯金酸的质量比为1~5：1。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明开发了一种新的金原子簇/TiO₂复合纳米材料的制备方法，由其制得的复合纳米材料通过循环伏安、UV-Vis、x光电子能谱、透射电镜分析，证明了Au是以原子簇的形态负载于TiO₂的表面，其具有良好的稳定性。

2．本发明得到的金原子簇/TiO₂复合纳米材料比纯TiO₂纳米颗粒具有更高的催化活性，大大增加了电子-空穴对的产生，且具有更高的电子传导率；由该纳米复合材料制得的修饰电极对鲁米诺的电化学发光有很强的增敏作用，该修饰电极可以非常灵敏地检测出溶解氧与过氧化氢，对溶解氧的检出限可达到2 μg/L，对过氧化氢的检出限可达到5.54′10^-12 mol/L，相对于目前可查阅的报道中对溶解氧与过氧化氢的检测灵敏度具有显著的提高，取得了意想不到的技术效果；同时该修饰电极有很高的稳定性。

3．本发明的制备方法的制备周期短，实验装置简单，制备得到的复合纳米材料性能稳定，具有积极的现实意义。

附图说明

图1是本发明实施例一中纳米TiO₂的X-射线物相分析衍射图；

图2是本发明实施例一所制得的金原子簇/TiO₂复合纳米材料的X光电子能谱；

图3是本发明实施例一中纳米TiO₂与所得纳米复合物的紫外-可见吸收曲线，以及ITO、TiO₂/ITO、Au/TiO₂/ITO电极在0.5M硫酸中的循环伏安图；

图4是本发明实施例一中纳米TiO₂和金原子簇/TiO₂复合纳米材料的透射电镜图；

图5是本发明实施例一中修饰电极上鲁米诺ECL对溶解氧的响应图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一