[发明专利]Au/TiO2复合纳米颗粒及异质结的液相合成方法

说明书

本发明公开了一种Au/TiO₂复合纳米颗粒及异质结的液相合成方法，利用光幅照，对分散在甲醛溶液中的TiO₂纳米颗粒进行表面无序化非晶重构处理，并在非晶化处理过的TiO₂纳米颗粒表面利用静电吸附[Au(OH)₄]‑基团；在液相水热条件下实现原位的Au还原，得到非晶过渡Au/TiO2复合颗粒；高压水热二次晶化合成Au/TiO₂复合纳米颗粒。本发明不仅能实现Au纳米颗粒与TiO₂纳米颗粒的界面有效耦合，制备出复合Au/TiO₂纳米颗粒，而且能根据实际应用的需要，方便地控制Au颗粒的大小。

本申请是申请号：201610317837.8、申请日：2016-05-16、名称“非物理吸附Au/TiO₂复合纳米颗粒及异质结的液相合成方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种贵金属Au/TiO₂复合纳米颗粒的制备，尤其是涉及Au和TiO₂界面形成非物理吸附晶格结构重构过渡区复合纳米颗粒的制备。

背景技术

TiO₂纳米粉体和纳米膜材料在太阳能的存储与利用、光电转换、光致变色及光催化降解大气和水中的污染物等方面具有广泛的应用，为了提高其光催化活性和可见光的利用率，在TiO₂颗粒表面进行贵金属修饰，比如金（Au）是常见的手段。从理论上分析，有效的贵金属修饰可改变TiO₂能带的带尾，将TiO₂的光响应从紫外区域扩展到可见光范围；并在Au和TiO₂的界面形成异质结构，促进光生电子和空穴的空间分离，增强光催化活性；且在某些频率区域发生表面等离子共振耦合（SPP），使该频率区域的三维光场耦合成准二维的SPP光场，从而进一步提高对自然光的利用率。然而，由于Au和TiO₂的晶格并不匹配，溶胶----凝胶（sol-jel）法和共沉淀法等方法合成的Au/TiO₂复合颗粒，Au在TiO₂的界面大多以物理吸附状态存在，这种复合粒子界面的连接其实是脆弱的，Au和TiO₂容易分离而成为二相混合物。更为严重的是，由于Au和TiO₂界面之间是松散的物理吸附，光幅照下纳米TiO₂颗粒的光生电子受到单质Au纳米颗粒表面的表面势垒的作用，光生电子难以迁移至Au纳米颗粒，不能实现光生电子和空穴的空间分离而增强光催化活性；在这种情况下，尽管SPP光场耦合仍然可以存在，但强的光场密度并不能和光生电子-空穴的空间分离相联系，其对最终的催化活性的影响难以估计。因此，如何改变TiO₂的表面晶格结构以实现Au纳米颗粒的有效修饰是拓展纳米TiO₂应用的重要技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能实现Au纳米颗粒与TiO₂纳米颗粒的界面有效耦合，制备出复合Au/TiO₂纳米颗粒的非物理吸附Au/TiO₂复合纳米颗粒及异质结的液相合成方法。

本发明的技术解决方案是：

一种非物理吸附Au/TiO₂复合纳米颗粒及异质结的液相合成方法，其特征是：包括下列步骤：

（1）利用光幅照，对分散在甲醛溶液中的TiO₂纳米颗粒进行表面无序化非晶重构处理，并在非晶化处理过的TiO₂纳米颗粒表面利用静电吸附[Au(OH)₄]-基团；

（2）在液相水热条件下实现原位的Au还原，得到非晶过渡Au/TiO₂复合颗粒；

（3）高压水热二次晶化合成Au/TiO₂复合纳米颗粒。