利用光還原法合成Au與Ag共修飾的TiO2納米棒陣列的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合納米材料的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用光還原法合成Au與Ag共修飾的T12納米棒陣列的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近代工業(yè)的發(fā)展，化石燃料的消耗越來越多，給地球和環(huán)境帶來不同程度的破壞。隨著化石燃料的枯竭和對環(huán)境保護(hù)的要求，對清潔能源的需求越來越迫切。利用太陽能的太陽能電池、光電化學(xué)分解水制氫是目前最具活力的研究領(lǐng)域。自從1972年日本學(xué)者Fujishima和Honda采用單晶n-Ti02進(jìn)行太陽能光催化分解水制氫的成功，揭開了Ti02作為光電化學(xué)分解水光陽極的序幕。T12作為光電化學(xué)分解水的光陽極材料需要具有較大的比表面積、較高的光生電荷傳輸速率以及較多的表面活性位點(diǎn)。
[0003]傳統(tǒng)的Ti02納米材料的帶隙是3.4eV，只能吸收太陽光中的紫外光，而紫外光只占太陽光的5%，大部分的可見光及紅外光不能利用。為了提高T12納米棒陣列對入射光的捕獲能力，通常利用元素?fù)诫s、窄帶隙半導(dǎo)體敏化、染料敏化和等離子共振金屬修飾等方法。其中等離子共振金屬修飾通常利用Au、Ag等貴金屬修飾在Ti02納米棒陣列表面，利用金屬的局域場增強(qiáng)效應(yīng)、熱電子注入效應(yīng)提高對入射光的吸收和光生電荷的傳輸、分離效率，進(jìn)而提高光電催化產(chǎn)氫效率。此外，貴金屬在水溶液中具有良好的穩(wěn)定性，因此等離子金屬修飾的T12光陽極的穩(wěn)定性也有一定提高。
[0004]在T12表面修飾貴金屬提高其光電催化性能引起了廣泛的研究興趣，如采用浸漬還原法、電沉積法、光還原法等在T12表面進(jìn)行Au修飾。公開號為CN103872174A的專利公開了一種Au修飾T i02納米棒陣列光陽極的制備方法，該方法在導(dǎo)電玻璃表面預(yù)沉積貴金屬Au納米顆粒，然后在Au納米顆粒表面生長Ti02納米棒陣列，最后在Ti02納米棒表面進(jìn)行Au量子點(diǎn)修飾得到Au修飾的T12納米棒陣列光陽極。在Au的表面等離子共振吸收頻率附近，光陽極對入射光的吸收顯著增強(qiáng)。雖然Au的等離子共振吸收頻率通過改變尺寸、形貌可以進(jìn)行調(diào)控，但其調(diào)控范圍畢竟有限，對入射光響應(yīng)的提高能力也有限，利用兩種等離子共振金屬同時(shí)修飾T12,則可以在兩個(gè)波段產(chǎn)生等離子共振吸收，提高光陽極對入射光的捕獲能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種利用光還原法合成Au與Ag共修飾的T12納米棒陣列的方法，Au與Ag納米顆粒均勾分布在Ti02納米棒陣列的表面。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，利用光還原法合成Au與Ag共修飾的Ti02納米棒陣列的方法，其特征在于具體步驟為:
(I)將24mL去離子水和24mL質(zhì)量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入0.8mL鈦酸四丁酯，并攪拌至溶液澄清得前驅(qū)物溶液，將所得前驅(qū)物溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并放入潔凈的FTO導(dǎo)電玻璃，于150°C反應(yīng)20小時(shí)，自然冷卻至室溫，取出樣品沖洗干凈后烘干，然后置于馬弗爐中于450°C煅燒30分鐘得到長度為3?4μπι的T12納米棒陣列； (2)將步驟(I)得到的T12納米棒陣列浸入溶有HAuCl4和聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中，在紫外光下照射10?30分鐘，然后將樣品取出清洗并自然晾干得到Au修飾的T12納米棒陣列；
(3)將步驟(2)得到的Au修飾的T12納米棒陣列浸入溶有AgNO3和聚乙烯吡咯烷酮的水與乙醇的混合溶液中，在紫外光下照射10~30分鐘，然后將樣品取出清洗并自然晾干得到Au與Ag共修飾的T12納米棒陣列。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(2)中所述的溶有HAuCl4和聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中HAuCl4的摩爾濃度為0.01-0.lmmol/L，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量濃度為2g/L。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(3 )中所述的溶有AgNO3和聚乙烯吡咯烷酮的水與乙醇的混合溶液中AgNO3的摩爾濃度為0.1-0.5mmoI/L，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量濃度為2g/L，水和乙醇的體積比為4?9:6。
[0009]本發(fā)明利用光還原法合成Au與Ag共修飾的Ti02納米棒陣列，工藝簡單、成本低廉，簡化了電極的實(shí)施工藝;Au與Ag共修飾可以提高Ti02納米棒陣列對可見光的響應(yīng)范圍，提高對可見光的吸收。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下通過實(shí)施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0011]實(shí)施例1
(I)將24mL去離子水和24mL濃鹽酸(37被％)混合均勻后加入0.8mL鈦酸四丁酯，并攪拌至溶液澄清得前驅(qū)物溶液，然后將前驅(qū)物溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并放入潔凈的導(dǎo)電玻璃，于150°C反應(yīng)20小時(shí)，自然冷卻至室溫，取出樣品沖洗干凈后烘干，然后置于馬弗爐中于450°C煅燒30分鐘以提高結(jié)晶度得到一維T12納米棒陣列；
(2 )將步驟(I)得到的T12納米棒陣列浸入50mL溶有HAuC14和PVP的乙醇溶液中，其中HAuCl4的摩爾濃度是0.01mmol/L，PVP的質(zhì)量濃度為2g/L，在紫外光下照射10分鐘，然后將樣品取出清洗并自然瞭干得到Au修飾的Ti02納米棒陣列；
(3)將步驟(2)得到的Au修飾的T12納米棒陣列浸入50mL溶有AgNO3和PVP的水與乙醇的混合溶液中，其中AgNO3的摩爾濃度為0.1mmoI/L，PVP的質(zhì)量濃度為2g/L，水和乙醇的體積比為3:2，在紫外光下照射10分鐘，然后將樣品取出清洗并自然晾干得到Au與Ag共修飾的Ti〇2納米棒陣列。
[0012]實(shí)施例2
(I)將24mL去離子水和24mL濃鹽酸(37被％)混合均勻后加入0.8mL鈦酸四丁酯，并攪拌至溶液澄清得前驅(qū)物溶液，然后將前驅(qū)物溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并放入潔凈的導(dǎo)電玻璃，于150°C反應(yīng)20小時(shí)，自然冷卻至室溫，取出樣品沖洗干凈后烘干，然后置于馬弗爐中于450°C煅燒30分鐘以提高結(jié)晶度得到一維T12納米棒陣列；
(2 )將步驟(I)得到的T12納米棒陣列浸入50mL溶有HAuC14和PVP的乙醇溶液中，其中HAuCl4的摩爾濃度為0.111111101/1，？￥?的質(zhì)量濃度為28/1，在紫外光下照射30分鐘，然后將樣品取出清洗并自然瞭干得到Au修飾的Ti02納米棒陣列； (3)將步驟(2)得到的Au修飾的T12納米棒陣列浸入50mL溶有AgNO3和PVP的水與乙醇的混合溶液中，其中AgNO3的摩爾濃度為0.5mmoI/L，PVP的質(zhì)量濃度為2g/L，水和乙醇的體積比2: 3，在紫外光下照射30分鐘，然后將樣品取出清洗并自然晾干得到Au與Ag共修飾的Ti〇2納米棒陣列。
[0013]實(shí)施例3
(I)將24mL去離子水和24mL濃鹽酸(37被％)混合均勻后加入0.8mL鈦酸四丁酯，并攪拌至溶液澄清得前驅(qū)物溶液，然后將前驅(qū)物溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并放入潔凈的導(dǎo)電玻璃，于150°C反應(yīng)20小時(shí)，自然冷卻至室溫，取出樣品沖洗干凈后烘干，然后置于馬弗爐中于450°C煅燒30分鐘以提高結(jié)晶度得到一維T12納米棒陣列；
(2 )將步驟(I)得到的T12納米棒陣列浸入50mL溶有HAuC14和PVP的乙醇溶液中，其中HAuCl4的摩爾濃度為0.05mmol/L，PVP的質(zhì)量濃度為2g/L，在紫外光下照射20分鐘，然后將樣品取出清洗并自然瞭干得到Au修飾的Ti02納米棒陣列；
(3)將步驟(2)得到的Au修飾的T12納米棒陣列浸入50mL溶有AgNO3和PVP的水與乙醇的混合溶液中，其中AgNO3的摩爾濃度為0.3mmoI/L，PVP的質(zhì)量濃度為2g/L，水和乙醇的體積比為1:1，在紫外光下照射20分鐘，然后將樣品取出清洗并自然晾干得到Au與Ag共修飾的Ti〇2納米棒陣列。
[0014]以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.利用光還原法合成Au與Ag共修飾的T12納米棒陣列的方法，其特征在于具體步驟為: (1)將24mL去離子水和24mL質(zhì)量濃度為37%的濃鹽酸混合均勻后加入0.8mL鈦酸四丁酯，并攪拌至溶液澄清得前驅(qū)物溶液，將所得前驅(qū)物溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并放入潔凈的FTO導(dǎo)電玻璃，于150°C反應(yīng)20小時(shí)，自然冷卻至室溫，取出樣品沖洗干凈后烘干，然后置于馬弗爐中于450°C煅燒30分鐘得到長度為3~4μπι的T12納米棒陣列； (2)將步驟(I)得到的T12納米棒陣列浸入溶有HAuCU和聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中，在紫外光下照射10?30分鐘，然后將樣品取出清洗并自然晾干得到Au修飾的T12納米棒陣列； (3)將步驟(2)得到的Au修飾的T12納米棒陣列浸入溶有AgNO3和聚乙烯吡咯烷酮的水與乙醇的混合溶液中，在紫外光下照射10~30分鐘，然后將樣品取出清洗并自然晾干得到Au與Ag共修飾的T12納米棒陣列。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光還原法合成Au與Ag共修飾的T12納米棒陣列的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的溶有HAuCl4和聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中HAuCl4的摩爾濃度為0.01-0.lmmol/L，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量濃度為2g/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光還原法合成Au與Ag共修飾的T12納米棒陣列的方法，其特征在于:步驟(3 )中所述的溶有AgNO3和聚乙烯吡咯烷酮的水與乙醇的混合溶液中AgNO3的摩爾濃度為0.1?0.5mmoI/L，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量濃度為2g/L，水和乙醇的體積比為4?9:6o
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用光還原法合成Au與Ag共修飾的TiO2納米棒陣列的方法。首先在導(dǎo)電玻璃基底上利用水熱法制備TiO2納米棒陣列，然后將TiO2納米棒陣列浸入HAuCl4和PVP的乙醇溶液中，用紫外光照射得到Au修飾的TiO2納米棒陣列，最后將Au修飾的TiO2納米棒陣列浸入AgNO3和PVP的乙醇與水的混合溶液中，用紫外光照射得到Au與Ag共修飾的TiO2納米棒陣列。本發(fā)明利用Au與Ag的表面等離子共振效應(yīng)可以提高材料對可見光的吸收，增加光電解水的效率，而且該制備方法工藝簡單，簡化了電極的實(shí)施工藝，利于大規(guī)模生產(chǎn)。
【IPC分類】B81C1/00
【公開號】CN105621349
【申請?zhí)枴緾N201610001782
【發(fā)明人】徐芳, 白丹丹, 陳會敏, 武大鵬, 高志勇, 梅晶晶, 蔣凱
【申請人】河南師范大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年1月5日