一种贵金属二氧化钛核壳结构的制备方法，包括如下步骤：（1）制备贵金属纳米粒子胶体溶液；（2）通过加入碱性物质调整三氯化钛溶液的pH值；（3）将步骤（1）制得溶液加入至步骤（2）所得溶液中，反应；（4）固液分离，得到贵金属二氧化钛核壳结构纳米材料。本发明专利技术的制备方法简单可行，重复性好，制备的核壳结构单分散性良好，通过调节反应体系的pH可以控制二氧化钛壳层的厚度。此核壳结构可以应用于光解水制氢领域。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，包括如下步骤：（1）制备贵金属纳米粒子胶体溶液；（2）通过加入碱性物质调整三氯化钛溶液的pH值；（3）将步骤（1）制得溶液加入至步骤（2）所得溶液中，反应；（4）固液分离，得到贵金属二氧化钛核壳结构纳米材料。本专利技术的制备方法简单可行，重复性好，制备的核壳结构单分散性良好，通过调节反应体系的pH可以控制二氧化钛壳层的厚度。此核壳结构可以应用于光解水制氢领域。【专利说明】
本专利技术涉及一种核壳结构的制备方法，尤其涉及，本专利技术的方法合成的纳米粒子单分散性良好，并且可以做到壳层厚度的可控合成，此核壳结构可应用于光解水。
技术介绍
21世纪，氢气是一种极具潜力的高效清洁能源。它燃烧时只是产生纯净的水，并伴随着释放大量的能量。但是当前获得氢气主要途径是通过重整油气资源，比如重整甲烷。在这个过程中往往伴随着二氧化碳的产生。从这个观点出发，唯一清洁的氢气来源只能是水。因此，寻找一种清洁可再生的能量来驱使裂解水反应的进行就成为首要问题。太阳能作为一种清洁高效可再生的能源受到了广泛的关注。目前采用太阳能制氢的主要途径有利用太阳能电池电解水制氢、重整生物质以及光解水制氢。而光解水制氢是一种近几十年来发展起来的新型且极具潜力的制氢方法。光解水的原理为:光辐射在半导体上，当辐射的能量大于或相当于半导体的禁带宽度时，半导体内电子受激发从价带跃迁到导带，而空穴则留在价带，使电子和空穴发生分离，然后分别在半导体的不同位置将水还原成氢气或者将水氧化成氧气。作为光催化分解水制氢材料一般需要满足:高稳定性，不产生光腐蚀；价格便宜；能够满足分解水的热力学要求；能够吸收太阳光。光解水制氢通常是釆用固体粉末光催化剂进行反应，在众多光解水制氢的材料中，以二氧化钛为代表的氧化物半导体光催化材料以其独特的性能成为一种理想的材料。但是，纯二氧化钛上光生电子和空穴的复合较快，同时伴随着氢氧逆反应的发生，此外二氧化钛还拥有较高的过电位和较宽的带隙，因此纯二氧化钛只能在紫外光下光解水制氢，并且效率很低。因此，很有必要开发新型的光解水制氢的催化剂。而以贵金属为助催化剂与二氧化钛结合形成复合结构可以促进二氧化钛光生电子和空穴的分离，利用贵金属的表面等离子体效应可以扩大二氧化钛的光响应范围。如CN1990102A公开了一种消除臭氧的催化剂，尤其是光催化消除臭氧的催化剂。催化剂活性组分是Au，活性载体是TIO2,金、二氧化钛的质量比为1:100-1:200，活性载体TIO2为粉末，平均粒径为5-50NM，载体TIO2的晶型是锐钛矿、金红石、板钛矿或混合晶型。但是因为贵金属如金棒、钼棒等在强碱性溶液，或在温度较高时不稳定，容易聚沉，所以以金棒、钼棒等为贵金属与二氧化钛复合的体系，其合成受限于苛刻的条件。而贵金属二氧化钛核壳结构的可控合成将进一步加大合成的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种合成单分散性良好，稳定性好的贵金属二氧化钛核壳结构的合成方法，由该方法合成的材料可用于光解水性质。该方法制备过程简单，在室温下即可完成，重复性良好，可以做到核壳结构的可控合成，且此方法具有普适性，可以适用于多种贵金属二氧化钛核壳结构的合成。为达上述目的，本专利技术采用如下技术方案:，包括如下步骤:(I)制备贵金属纳米粒子胶体溶液；(2)通过加入碱性物质调整三氯化钛溶液的pH值；(3)将步骤(I)制得溶液加入至步骤(2)所得溶液中，反应；(4)固液分离，得到贵金属二氧化钛核壳结构纳米材料。本专利技术通过控制制备过程的条件，得到了纳米尺度以上的贵金属二氧化钛的核壳结构(50nm-500nm),其中贵金属表面生成的二氧化钛为无定型的。然后通过光解水制氢反应考察了此核壳结构的光催化性质，表明其具有良好的催化制氢效果。根据本专利技术的贵金属二氧化钛核壳结构单分散性良好，制备方法简单，可以做到可控合成。所述贵金属为金(Au)、银(Ag)、钼(Pt)、锇(Os)、铱(Ir)、钌(Ru)、错(Rh)> IE(Pd)S种金属。根据本专利技术的制备方法，步骤(I)中所述贵金属纳米粒子的胶体的溶液的制备方法可以采用本领域公知的方法进行。例如金棒纳米粒子胶体溶液可通过种子生长法制得不同长径比的金棒，金棒的表面修饰十六烷基三甲基溴化铵；然后可再通过配体交换将金棒表面的十六烷基三甲基溴化铵替换为聚苯乙烯磺酸钠。金棒胶体溶液中金棒的长径比可以在一定范围内改变。所述配体交换过程可在4-10mmol/L,优选6mmol/L的NaCl溶液中进行,聚苯乙烯磺酸钠的浓度为l-4mg/ml,优选2mg/ml,过程在室温搅拌下进行,配体交换过程在8小时以上,优选为12小时。例如钼纳米粒子胶体溶液可在水浴条件如50°C以上，优选80°C下以柠檬酸钠为稳定剂以抗坏血酸为还原剂还原氯钼酸制得钼纳米粒子。钼纳米粒子胶体溶液中钼棒的长径比可以在一定范围内改变。其中，朽1檬酸钠的作用是稳定剂，优选浓度为50mmol/L,优选加入体积为Iml ;抗坏血酸的作用是还原剂,优选浓度为30mmol/L,优选加入体积为2ml ;钼的前驱体为氯钼酸，浓度为25mmol/L，加入体积0.2ml。整个还原过程在80°C水浴条件下进行。其他贵金属纳米粒子的制备方法可参照如You.H.J, Yang.S.C，Ding.B.J, Yang.H, Synthesis of colloidal metal and metal alloy nanoparticles forelectrochemical energy applications Chemical society review2013,42,2880-2904以 及 Tapan, K.Sau, Andrey, L.Rogach Nonspherical Nobel MetalNanoparticles:Colloid-Chemical Synthesis and Morphology Control AdvancedMeterials2010, 22，1781-1804 进行制备。作为优选技术方案，根据本专利技术的制备方法，所述贵金属为金或钼。优选地，所述纳米粒子的含量可以为0.004-0.02重量％，例如为0.005重量％、0.0.008重量％、0.011重量％、0.015重量％、0.018重量％等，优选为0.007-0.01重量％。其中纳米粒子的含量为纳米粒子胶体溶液中的纳米粒子的质量含量。作为优选技术方案，根据本专利技术的制备方法，步骤(2)中所述碱性物质为碳酸钠和/或碳酸氢钠。优选地，所述碱性物质的浓度为0.5-3mol/L,例如为0.8mol/L、1.2mol/L、1.6mol/L、2.3mol/L、2.9mol/L 等，优选为 lmol/L。优选地，所述pH 值为 1.5-6.5，例如为 1.9,2.4,2.8,3.5,4.2,4.8,5.5,6.0,6.4等，优选为2.65-5.48。当反应pH低于1.5时，TiCl3水解速度极慢，致使不能生成TiO2 ;而当PH大于6.5时，TiCl3水解的速度过快，得不到核壳结构。作为优选技术方案，根据本专利技术的制备方法，步骤(3)的加入方式为逐滴加入。优选地，所述反应在常温下进行，反应时间为5min以上，例如为8min、12m本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种贵金属二氧化钛核壳结构的制备方法，包括如下步骤：（1）制备贵金属纳米粒子胶体溶液；（2）通过加入碱性物质调整三氯化钛溶液的pH值；（3）将步骤（1）制得溶液加入至步骤（2）所得溶液中，反应；（4）固液分离，得到贵金属二氧化钛核壳结构纳米材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马翔，唐智勇，刘薇，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11
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