[发明专利]光催化-SERS双功能纳米材料的制备及使用方法

说明书

本发明公开了一种光催化‑SERS双功能纳米材料的制备方法，包括如下步骤：将一定量的柠檬酸钠和钴盐溶解在除气水中，在惰性气体的保护下加入硼氢化钠溶液，得到钴纳米颗粒；后将钌盐和铜盐滴入钴纳米颗粒体系内充分反应，经过离心洗涤处理生成空心的钌铜合金纳米颗粒。在制备完成后，分别通过罗丹明6G和苏丹红I‑乙腈溶液验证材料的SRES增强性能和光催化降解性能。本发明还公开了一种应用该纳米材料的使用方法，基于材料的SRES增强性能和光催化性能，实现光催化降解苏丹红I过程的原位监测。

技术领域

本发明涉及光催化、拉曼检测及SERS原位监测催化技术领域，尤其涉及一种光催化-SERS双功能纳米材料的制备及使用方法。

背景技术

偶氮染料由于颜色多种多样、价格便宜、染色能力强、操作工艺简单等特点，已经成为合成染料中品种最多、应用范围最广的一类染料。但是，偶氮染料在生产和使用过程中产生的染料废水处理难度大，主要原因是偶氮染料的化学性质相对稳定，在水体中能够稳定存在，会破坏水体生态系统。此外，偶氮染料还具有致癌、致畸、致突变作用及生物难降解性，容易在环境中累积从而对生物和人类的健康造成危害。因此，经济且高效的对偶氮染料进行处理对保护人体健康和维护资源环境均具有重要意义。

传统的处理废水中偶氮染料的方法可分为物理方法、生物方法和化学方法。这三大类方法中的很多细分方法存在着成本高、效率低、易造成二次污染、反应条件苛刻等缺点，因此需要进一步提高和改进。近年来，光催化技术凭借着反应能耗低、催化效率高、适用范围广、污染程度小等优点，在染料降解方面引起了广泛关注。光催化技术降解染料废水的原理是催化剂材料在受到光照后发生电子跃迁，形成电子-空穴对，进而产生羟基自由基和超氧自由基，从而与有机污染物反应并使之分解。

近年来，以金和银为代表的贵金属纳米材料凭借着其具有的表面等离激元共振效应，被广泛的应用于包括废水中染料降解、制氢、二氧化碳还原、空气净化等光催化领域。但是，高昂的成本限制了其在实际应用中的发展，因此亟需寻找一种经济实惠且性能优良的光催化材料。值得注意的是，同属于等离激元金属，地球上存量丰富且价格低廉的铜逐渐走进了研究人员的视野，受到了极大的关注。有报道显示:Ag-Cu纳米颗粒被成功合成并用于R6G染料的降解；Cu-Cu₂O-ZnO也被成功制备并用于甲基蓝染料的降解。但铜基材料用于降解偶氮染料的发明研究还未见报道。除此之外，金属钌也被证实具有优异的催化性能，在燃料电池和水中有机污染物处理方向均有应用。

另一方面，利用原位检测技术对催化反应进行实时动态观察，是理解反应过程、反应动力学及反应机理的有效途径。表面增强拉曼光谱(SERS)技术是一种高灵敏、高特异性、水干扰低且具有表面选择性的检测方法，非常适合表/界面化学反应的原位表征，通过反应分子的增强特征谱变化可阐释反应机理并指导催化剂体系的合理设计。因此。赋予催化剂材料SERS增强效应，并基于其本身开展SERS检测而实现催化机理的探究和催化剂性能的监测，有着重要的研究意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种光催化-SERS双功能纳米材料制备方法。本发明操作简单，成本低廉。通过空心结构的构筑和将钌铜合金化形成双元金属纳米材料的途径，不仅有效的增加了活性位点，还能利用不同金属间的相互作用，调节和优化材料的几何和电子特性，促进催化反应的发生和进行。获得的光催化-SERS双功能纳米材料实现了光催化降解偶氮染料过程的原位监测。

本发明通过以下技术方案实现的：

一种光催化-SERS双功能纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将钴前驱体与柠檬酸钠溶于除气水中，在惰性气体的保护下搅拌至完全溶解且混合均匀，形成混合液；

S2：在混合液中加入硼氢化钠溶液，得到钴单质纳米颗粒胶体；

S3：将钌盐与铜盐溶液混合均匀形成反应液，并将反应液逐滴加入所述钴单质纳米颗粒胶体中，反应生成钌铜合金纳米颗粒胶体；