[发明专利]一种Ag@Ag2S/TiO2纳米棒阵列的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于复合纳米材料的合成技术领域，具体涉及一种Ag@Ag₂S/TiO₂纳米棒阵列的合成方法。

背景技术

随着科学技术及近代工业的快速发展，化石能源枯竭及环境污染日益成为影响社会可持续发展的主要因素，因此清洁能源的开发及利用迫在眉睫。太阳能是一个巨大的能源宝库，被广泛用于太阳能电池发电、光催化及光电催化分解水制氢等热点领域。1972年日本学者Fujishima和Honda采用单晶n-TiO₂作为光阳极分解水，揭开了TiO₂作为光电化学分解水光阳极的序幕。

TiO₂的带隙是3.4eV，只能吸收占据太阳光5%的紫外光，严重影响了TiO₂对太阳光的有效利用。为了提高TiO₂对入射太阳光的捕获能力，通常采用掺杂、窄带隙半导体敏化、异质节和等离子金属修饰等方法提高TiO₂对可见光或近红外光的吸收。公开号为CN103151175A的专利公开了一种CdS量子点敏化TiO₂分枝状纳米结构的制备方法，该方法利用连续化学水浴沉积法成功制备出 CdS/TiO₂的结构，CdS是窄带隙半导体，可以提高光阳极在可见光区的吸收，但是Cd元素光腐蚀情况严重，而且会对环境产生污染。

Ag是一种广泛应用的等离子共振金属，Ag的表面等离子共振效应利用提高TiO₂对可见光的吸收，提高光生电荷的传输和分离效率。Ag₂S的带隙是0.92eV，可以吸收太阳光谱中的近红外光，因此，设计合成Ag@Ag₂S/TiO₂光阳极将可以使TiO₂光阳极对于入射太阳光的响应范围拓宽到近红外区。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种简便的利用光还原和离子交换相结合的Ag@Ag₂S/TiO₂纳米棒阵列的合成方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种Ag@Ag₂S/TiO₂纳米棒阵列的合成方法，其特征在于具体步骤为：

（1）在24mL去离子水、22mL质量分数为37%的浓盐酸和2mL乙酸混合溶液中加入0.8mL钛酸四丁酯，搅拌至溶液澄清，然后将溶液转移至放有FTO导电玻璃的水热反应釜中，于150℃水热反应20h，自然冷却至室温，取出样品清洗干净后烘干并于450℃退火30min得到长度为3-4μm的TiO₂纳米棒阵列；

（2）将步骤（1）得到的TiO₂纳米棒阵列浸入溶有AgNO₃和聚乙烯吡咯烷酮的乙醇-水溶液中，在紫外光下照射10-50min，然后将样品取出清洗并自然晾干得到Ag修饰的TiO₂纳米棒阵列；

（3）将步骤（2）得到的Ag修饰的TiO₂纳米棒阵列浸入溶有Na₂S和S的溶液中反应30-90min，然后将样品取出清洗并自然晾干得到Ag@Ag₂S/TiO₂纳米棒阵列。

进一步优选，步骤（2）中所述的溶有AgNO₃和聚乙烯吡咯烷酮的乙醇-水溶液中AgNO₃的摩尔浓度为0.5-2mmol/L，聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为1g/L，水和乙醇的体积比为1:1。

进一步优选，步骤（3）中所述的溶有Na₂S和S的溶液中Na₂S和S的总摩尔浓度为1mol/L。

本发明利用Ag和Ag₂S的协同作用可以提高材料对可见光的吸收，提高了光生电荷的传输、分离效率，得到具有较高光解水效率的光阳极材料，而且该合成方法工艺简单，简化了电极的实施工艺，有利于大规模生产。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1