[发明专利]中空双金属纳米粒子/二氧化钛核壳结构及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空双金属纳米粒子/二氧化钛核壳结构及其制备方法，还涉及以该中空双金属纳米粒子/二氧化钛核壳结构为有效成分的光催化降解有机物的催化剂以及以该催化剂进行光催化降解有机物的应用。

背景技术

二氧化钛是一种优良的光催化剂，具有催化活性高、热稳定性和化学稳定性好、无毒及价格便宜等特点，是首选的环境友好的光催化剂。纳米TiO₂光催化剂可以分解烃类、卤代物、羧酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等物质。然而，作为光催化剂，影响其实际应用的关键问题之一是在光催化过程中电荷-空穴的快速复合。为提高二氧化钛材料的光催化效率，人们采用各种有机或无机化合物对其进行掺杂或表面改性，其中贵金属纳米粒子可以促进光生电子的迁移、延长载流子的寿命，从而提高了二氧化钛的光催化活性。

现有技术中对利用贵金属纳米粒子提高二氧化钛光催化剂催化效率的研究，主要采用传统的负载方法，一种是将贵金属前驱体与二氧化钛的前驱体或固体颗粒混合，通过高温处理或化学还原方法，得到负载贵金属纳米颗粒的催化剂，例如专利CN102500363A公开了一种贵金属定向负载二氧化钛光催化剂及其制备方法，CN103464150A公开了一种将活性组分为Au、Ag，负载到二氧化硅上的方法，这类方法存在高温处理时贵金属纳米粒子易于聚集、在使用过程中贵金属纳米粒子存在流失的问题。另一种是采用包覆的方法，利用二氧化钛的纳米粒子或溶胶-凝胶将表面改性的贵金属纳米粒子包覆，形成核壳结构的催化剂，使光催化性能得到提高，这种方法在包覆过程中也存在贵金属纳米粒子易聚集等问题。

提高催化效率的另一方法是增加催化剂的比表面积。双金属纳米粒子由于表面积大、局域表面等离子共振特性可调、成本下降等受到人们的重视，近年来，人们研究发现，双金属纳米粒子负载于二氧化钛颗粒表面，可提高催化剂的效率。目前将双金属纳米粒子负载于二氧化钛表面也是采用上述传统的负载方法，这种方法依然存在双金属纳米粒子易于聚集、双金属纳米粒子与二氧化钛接触面积小的问题。

发明内容

本发明针对传统负载方式制备的催化剂存在金属纳米粒子易于聚集、与二氧化钛接触面积小、形成的金属纳米粒子/二氧化钛复合结构催化性能受到影响的不足，提供了一种中空双金属纳米粒子/二氧化钛核壳结构，该产品以中空双金属纳米粒子为核，与二氧化钛接触面积大，具有比表面积大、光催化性能好等优势。

本发明还提供了上述中空双金属纳米粒子/二氧化钛核壳结构的制备方法，该方法克服了中空双金属纳米粒子易于团聚、与二氧化钛接触面积小的难题，所得产物性能好。

本发明还提供了以上述中空双金属纳米粒子/二氧化钛核壳结构为有效成分的催化剂以及该催化剂在光催化降解有机物中的应用。

本发明采用中空双金属纳米粒子代替单一金属纳米粒子与二氧化钛复合，具有更高的比表面积，更能提高二氧化钛的光催化活性。为了充分发挥中空双金属纳米粒子的优势，将中空结构的双金属纳米粒子为核，以二氧化钛为壳，形成核壳结构。为了克服中空双金属纳米粒子在包覆过程中团聚、与二氧化钛接触面积降低的问题，达到形成的核壳结构光催化效果好、中空双金属纳米粒子在二氧化钛中均匀分散、不聚集、与二氧化钛接触面积大的目的，在制备中空双金属纳米粒子时加入双亲嵌段共聚物，使中空双金属纳米粒子的表面连接双亲嵌段共聚物，防止了中空双金属纳米粒子的团聚。同时，双亲嵌段共聚物分子与二氧化钛溶胶存在择优相互作用的关系，通过双亲嵌段共聚物与二氧化钛溶胶的结合，可以提高中空双金属纳米粒子与二氧化钛的接触面积，加快二氧化钛对中空双金属纳米粒子的包覆，提高产物的光催化效果。

制备时，以双亲嵌段共聚物胶束为反应器，首先制备共聚物包覆的纳米粒子，然后以此纳米粒子作为牺牲模板，制备具有中空结构的双金属纳米粒子，最后用溶胶-凝胶法对中空结构的双金属纳米粒子进行二氧化钛包覆，除去嵌段共聚物得到产品。

本发明具体技术方案如下：

一种中空双金属纳米粒子/二氧化钛核壳结构，其以中空双金属纳米粒子为核，以二氧化钛为壳，中空双金属纳米粒子与二氧化钛之间具有空隙。

上述核壳结构中，所述中空双金属纳米粒子的粒径为5-20nm；整个核壳结构的粒径为10-40nm。

上述中空双金属纳米粒子/二氧化钛核壳结构的比表面积大于100m²/g。