本发明专利技术提供了一种氧化钴修饰的Ag/TiO2同轴异质纳米线光催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1.将银盐加入到乙二醇溶液中，然后加入含钛化合物，搅拌得混合液，加热反应，将所得产物得到过滤、洗涤、干燥，即得Ag/TiO2同轴异质纳米线；S2.将钴盐加入到乙醇溶液中，然后加入步骤S1所得Ag/TiO2同轴异质纳米线，加热反应，过滤、洗涤、干燥后即得所述光催化剂；本发明专利技术采用两步水热法制备出氧化钴修饰的Ag/TiO2同轴异质纳米线，避免了高温处理对TiO2产物的形貌和稳定性影响，并且避免了单质银被氧化，同时减少了能耗；且能够高效实现全水解。所述方法制备工艺简单，重复性好，具有较大的推广应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无机材料制备
，具体涉及制备一种氧化钴修饰的Ag/TiO2同轴异质纳米线光催化剂的制备方法。
技术介绍
能源危机和环境恶化是当前人类社会所面临的两个重大问题，随着经济的发展，人们对于生态环境和能源问题的关注日益增长，解决能源危机和环境污染的问题是提高我国人民生活质量、实现国家可持续发展的迫切需要。据环保部2014年报告，我国因经济发展而引发环境污染持续增长，人们生存环境持续恶化，仅此一年损失超过3.82万亿元。因此，开发清洁、有效的环境治理和能源技术已迫在眉睫。TiO2作为一种传统光催化材料因具有无毒、稳定性好、耐酸碱、光催化活性高等优点，不仅可直接利用降解工业废水和废气中的有机物和有毒物质，广泛应用于环境污染治理；而且还在太阳能电池、光解水制氢等新兴能源领域广泛使用。因此，TiO2基光催化材料的制备、光电性能及应用一直是国内外研究热点。TiO2由于TiO2的能带隙为3.2 eV，能在波长低于380 nm以下的紫外光发生响应，而太阳光谱中紫外光不足5%，而波长为400～750 nm的可见光占到45%左右，这从根本上制约了TiO2光催化剂应用。由于贵金属表面等离子共振效应（Surface Plasmons Resonance, SPR）及与TiO2费米能级交错而形成的界面电荷分离，复合贵金属后，金属/TiO2复合光催化材料可实现对可见光响应，而且促进光生电荷有效分离，提高材料光电性能。Tada等人发现Au粒子的存在可以促进TiO2的表面电荷运输，而且Au粒子的SPR效应产生的“热电子”多少与其颗粒大小直接相关。Kamat等人设计的Ag/TiO2核壳结构，在紫外光激发下光生电子会从TiO2壳层转移到Ag核层存储起来，并通过还原C60等反应研究Ag核内电子的转移现象，这为新型金属/TiO2结构的设计及电荷分离和转移机理研究提供了参考模式。Xia等人发现Ag立方盒随颗粒的变小而吸收光谱发生红移，这为金属/TiO2复合光催化材料对可见光利用的选择性可调提供了新思路。助催化剂可以有效提高量子效率。据报道，使用适当的助催化剂将氧化活性中心和还原活性中心分开，量子效率可达100%。以贵金属作为助催化剂，不仅有利于半导体光激发电子快速转移，促进光生电荷分离，而且有利于H2的产生，从分子水平上探讨光催化过程中H2产生的机理。这些合理的设计理念为理性设计合成高效光催化剂提供了策略。采用氧化钴修饰的Ag/TiO2同轴异质纳米线的方法促进其光催化全解水鲜有报道。因此，仍需研究一种制备氧化钴修饰Ag/TiO2同轴异质纳米线等离子体共振效应全解水光催化剂的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氧化钴修饰的Ag/TiO2同轴异质纳米线的制备方法，本专利技术提供的氧化钴修饰的Ag/TiO2同轴异质纳米线具有尺寸可控、大小均匀、量子效率高等优点。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的氧化钴修饰Ag/TiO2同轴异质纳米线。本专利技术的另一目的在于提供上述氧化钴修饰的Ag/TiO2同轴异质纳米线在光催化全解水制备氢气和氧气、降解有机污染物等方面的应用。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：本专利技术提供了一种氧化钴修饰的Ag/TiO2同轴异质纳米线光催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1.将银盐加入到乙二醇溶液中，然后加入含钛化合物，搅拌得混合液，加热反应，将所得产物得到过滤、洗涤、干燥，即得Ag/TiO2同轴异质纳米线；S2.将钴盐加入到乙醇溶液中，然后加入步骤S1所得Ag/TiO2同轴异质纳米线，加热反应，过滤、洗涤、干燥后即得所述光催化剂；所述银盐为醋酸银或硝酸银中的一种或两种；含钛化合物为钛酸丁酯或钛酸异丙酯中的一种或两种。优选地，所述银盐与含钛化合物的反应摩尔比为1：（1~5）。更优选地，所述银盐与含钛化合物的反应摩尔比为1：（1~3）。优选地，所述S1中加热反应温度为180~220℃，反应时间为20~28h；所述S2中加热反应温度为100~140℃，反应时间为10~15h。更优选地，所述S1中加热反应温度为200℃，反应时间为24h；所述S2中加热反应温度为120℃，反应时间为12h。优选地，所述S1中银盐的加入量为满足其浓度在（0.02~0.05）mol/L；所述S2中氯化钴的加入量为满足其浓度在（0.01~0.04）mol/L。优选地，所述S2中钴盐与Ag/TiO2同轴异质纳米线的反应质量比为1：（2~5）。优选地，所述银盐为硝酸银，含钛化合物为钛酸丁酯。优选地，所述S1和S2中加热反应为在水热反应釜中进行。本专利技术提供的方法制备得到的氧化钴修饰Ag/TiO2同轴异质纳米线的尺寸可控、大小均匀，具有优异的可见光催化活性，在光催化全解水、降解有机污染物等领域具有广泛的应用前景。本专利技术选用银盐作为原料，以在乙二醇中溶解性好的含钛化合物为钛源，采用乙二醇为溶剂，在溶剂热环境中发生反应，一步即可制备得到Ag/TiO2同轴异质纳米线；本专利技术采用溶剂法一步直接制备出晶化程度良好的Ag/TiO2同轴异质纳米线。所得产物无需高温处理，避免了高温处理对TiO2产物的形貌和稳定性的影响，同时也避免了单质Ag被氧化。本专利技术制备得到的Ag/TiO2同轴异质纳米线尺寸可控、大小均匀；Ag/TiO2同轴异质纳米线直径约为5nm以下，分布均匀，修饰量大小可控，而且制备得到的Ag/TiO2同轴异质纳米线具有优异的可见光催化活性，在光催化全解水、降解有机污染物等领域具有广泛的应用前景。本专利技术提供的溶剂热法与其他溶剂热法存在明显区别，本专利技术选用乙二醇作为反应溶剂，乙二醇的沸点较高，为197℃，其可加热到200℃以上，在本专利技术提供的方法的反应过程中，乙二醇既作为溶剂又作为还原剂，其能够将Ag+还原成单质Ag，而无需添加任何还原剂。当选用乙醇或丙三醇等醇类作为反应溶剂，无法制备得到本专利技术相似效果的Ag/TiO2同轴异质纳米线；现有技术中在制备Ag/TiO2纳米线的过程中通常需要加入适量的还原剂，例如硼氢化钠，但是添加此类还原剂给产物的纯化带来了困难。本专利技术选用乙二醇作为反应溶剂，无需添加其它还原剂，还原得到的Ag纳米线直径约为50 nm以下，尺寸可控、大小均匀，修饰量大小可调，并且所得Ag/TiO2同轴异质纳米线的纯度高。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术采用两步法制备出氧化钴修饰Ag/TiO2同轴异质纳米线，所得产物无需高温处理，避免了高温处理对TiO2产物的形貌和稳定性影响，并且避免了单质银被氧化，同时减少了能耗；（2）高效利用太阳光。在太阳光（紫外-可见光）作用下，TiO2的价电子吸收紫外光激发到导带，并快速转移到外层贵金属纳米粒子上，形成负电活性中心，光催化过程中发生还原反应；产生的空穴转移到Co氧化物上，形成正电活性中心，光催化过程中发生氧化反应。而可见光甚至近红外光穿透TiO2层（20nm以下），激发Ag纳米线发生等离子体共振产生热电子，透过TiO2层转移到贵金属纳米粒子上，而产生的空穴转移到Co氧化物上。实现光催化过程中的氧化与还原反应分区域进行，从而降低了光生电子与空穴复合的概率，高效实现全水解（图1）。（3）助催化剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧化钴修饰的Ag/TiO2同轴异质纳米线光催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1.将银盐加入到乙二醇溶液中，然后加入含钛化合物，搅拌得混合液，加热反应，将所得产物得到过滤、洗涤、干燥，即得Ag/TiO2同轴异质纳米线；S2.将钴盐加入到乙醇溶液中，然后加入步骤S1所得Ag/TiO2同轴异质纳米线，加热反应，过滤、洗涤、干燥后即得所述光催化剂；所述银盐为醋酸银或硝酸银中的一种或两种；含钛化合物为钛酸丁酯或钛酸异丙酯中的一种或两种。
【技术特征摘要】
1.一种氧化钴修饰的Ag/TiO2同轴异质纳米线光催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1.将银盐加入到乙二醇溶液中，然后加入含钛化合物，搅拌得混合液，加热反应，将所得产物得到过滤、洗涤、干燥，即得Ag/TiO2同轴异质纳米线；S2.将钴盐加入到乙醇溶液中，然后加入步骤S1所得Ag/TiO2同轴异质纳米线，加热反应，过滤、洗涤、干燥后即得所述光催化剂；所述银盐为醋酸银或硝酸银中的一种或两种；含钛化合物为钛酸丁酯或钛酸异丙酯中的一种或两种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述银盐与含钛化合物的反应摩尔比为1：（1~5）。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述银盐与含钛化合物的反应摩尔比为1：（1~3）。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中加热反应温度为180~220℃，反应时间为20~28h；所述S2中加热反应温度...
【专利技术属性】
技术研发人员：周小松，金蓓，徐旭耀，罗金，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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