[发明专利]一种核壳结构Ag/TiO2/ZnO纳米线及其制备方法

说明书

本发明的核壳结构Ag/TiO₂/ZnO纳米线，在Ag纳米线外层包覆有一层TiO₂，并在TiO₂层上诱导生长有ZnO纳米棒。其制备方法包括：将银纳米线分散于乙醇中，然后加入钛酸四丁酯及去离子水进行水热反应，得到核壳结构Ag/TiO₂纳米线；将核壳结构Ag/TiO₂纳米线分散于氧化锌溶胶中，均匀混合，洗涤分离，再加入到硝酸锌和六次亚甲基四胺的混合水溶液中反应，获得核壳结构Ag/TiO₂/ZnO纳米线。本发明实现了一维Ag纳米线与TiO₂和ZnO的三相复合，极大地提升了材料的稳定性及载流子分离效率，本发明的核壳结构Ag/TiO₂/ZnO纳米线的光催化性能显著优于商业德固赛P25纳米粉，在光催化环境治理及染料敏化太阳能电池领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种核壳结构Ag/TiO₂/ZnO纳米线及其制备方法，适用于光催化及染料敏化太阳能电池，属于环保能源领域。

背景技术

半导体材料在光催化领域以及能源领域具有广泛的应用。其中，TiO₂和ZnO因为其价格低廉、制备简单、生物相容性好、无毒无害，受到了人们广泛的关注。但这两种材料都有一定的劣势，例如它们的禁带宽度较大，只能响应紫光波段，同时它们较快的光生电子-空穴对的复合速率，不利于其光催化性能。

优化纳米形貌以及引入异质结是两种有效的改性方法。一维纳米线结构可以成为光生载流子的快速通道，分支结构可以提升材料比表面积；如果同时在上述一维分支结构中引入异质结，可以更为有效地进光生电子-空穴对的分离，进而提升材料的光催化性能。就Ag、TiO₂、ZnO体系而言，目前相关的技术只有在一维Ag纳米线上两相的复合，如Ag/TiO₂核壳结构或者Ag/ZnO核壳结构。设计并实现一种Ag、TiO₂、ZnO三相复合的一维核壳分支纳米线结构，可以更为有效地促进光生电子-空穴对的分离，同时引入贵金属的表面等离子共振效应，从而显著提升其光电性能。

文献查阅结果表明，目前还没有Ag/TiO₂/ZnO一维核壳分支纳米线结构及其制备方法的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种核壳结构Ag/TiO₂/ZnO纳米线及其制备方法。

本发明的核壳结构Ag/TiO₂/ZnO纳米线，其特征是：在Ag纳米线外层包覆有一层TiO₂，并在TiO₂层上诱导生长有ZnO纳米棒，其中，TiO₂为锐钛矿相，ZnO为六方纤锌矿结构。

上述的Ag纳米线的直径为50~100nm、长度为数十微米，包覆TiO₂层后的核壳结构直径为200~300nm，ZnO纳米棒的长度为100~600nm。

核壳结构Ag/TiO₂/ZnO纳米线的制备方法，包括以下步骤：

1）将银纳米线分散于乙醇溶液中，配置浓度为2.5 g/L的Ag纳米线的乙醇溶液，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮与Ag纳米线的质量比为1：12.5，搅拌混合均匀后，分别逐滴加入钛酸四丁酯和去离子水，乙醇：钛酸四丁酯：去离子水的体积比=200:2:3，搅拌均匀，用去离子水洗涤分离，接着在120~200℃下水热反应8~12h，得到核壳结构Ag/TiO₂纳米线；