一种常温下二氧化钛担载金纳米颗粒的快速制备方法技术

本发明专利技术公开了一种常温下二氧化钛担载金纳米颗粒的快速制备方法，将钛酸四丁酯TBOT滴入20倍TBOT体积以上的聚乙二醇(EG)中，并在室温下搅拌5h以上；将上述反应溶液置于离心管中进行高速离心，用80倍TBOT体积以上的无水乙醇将沉淀重悬，再次离心；取2‑3倍TBOT质量的VC与聚乙烯吡咯烷酮均匀混合成200倍TBOT体积以上的水溶液，向上述溶液中一次性加入2‑3倍TBOT体积、浓度为1mM的氯金酸溶液并持续搅拌可快速制备完成，实现在二氧化钛上自由担载不同载量的金纳米颗粒。

【技术实现步骤摘要】
一种常温下二氧化钛担载金纳米颗粒的快速制备方法
本专利技术属于半导体纳米材料
，具体涉及一种常温下二氧化钛担载金纳米颗粒的快速制备方法。
技术介绍
二氧化钛是一种较早发现并沿用至今的经典光响应半导体材料，由于其稳定的物理化学性质以及良好的光生载流子分离效率而被广泛开发应用于光电化学领域。二氧化钛有两种晶体结构，分别为金红石相(Rutile)和锐钛矿相(Anatase),其中，金红石相的半导体带隙为3.0eV；锐钛矿相的半导体带隙为3.2eV；这决定了无论是哪种构相的二氧化钛只能吸收紫外波段的光子能量，而在太阳光谱中紫外光含量低于10％，这在很大程度上限制了二氧化钛在光催化中的应用。因此，改变二氧化钛的带隙宽度对于扩大其应用具有极其重要的意义。目前，主要有两种改变二氧化钛的带隙宽度的方法：第一种为掺杂其他金属元素，在材料体相中形成缺陷；第二种为在二氧化钛的表面担载其他金属或半导体，形成金属-半导体或半导体-半导体异质结结构，从而改变材料内部能级分布，进而缩窄带隙。对于担载金属这一方法而言，目前主要有光还原、沉淀沉积法(化学还原)、高能射线还原等方式，其主要存在的问题是制备条件苛刻、制备过程时间较长、无法获得分散性良好的材料以及制备不具有可重复性等问题，如何在柔和的条件下，快速可重复的制备分散均匀的金属担载的二氧化钛纳米颗粒是值得进一步探讨和研究的。
技术实现思路
本专利技术的目的是，在柔和的条件下，尤其是室温或常温条件下快速可重复的将金纳米颗粒均匀的担载在二氧化钛纳米颗粒上，以制备Au-TiO2异质结结构，缩窄二氧化钛带隙，使其具有良好的可见光吸收，从而拓宽二氧化钛在光催化领域的应用。本专利技术目的的技术解决方案是：一种常温下二氧化钛担载金纳米颗粒的快速制备方法，步骤为：一种常温下二氧化钛担载金纳米颗粒的快速制备方法，步骤如下：1)将一定量的(1ml)钛酸四丁酯(TBOT)滴入20倍TBOT体积以上的聚乙二醇(EG)中，并在室温下搅拌5h以上，溶液由乳白色逐渐变为无色透明的溶液；在容器中加入50倍TBOT体积以上的丙酮，并向其中加入1-3倍TBOT体积的冰醋酸溶液，混合均匀后将上述无色透明溶液倒入容器，并于室温下搅拌1-4h,溶液由无色透明逐渐变为乳白色；2)将上述反应溶液置于离心管中进行高速离心，转速为6000-10000r/min，时间为15-40min；取上层清液丢弃，用80倍TBOT体积以上的无水乙醇将沉淀重悬，再次离心，转速与时间同上；取上层清液丢弃，用80倍TBOT体积以上的去离子水将沉淀重悬，再次离心，转速时间同上；去离子水洗涤两次后，使用50倍以上TBOT去离子水将沉淀重悬，获得二氧化钛纳米球的前驱体溶液；3)将上述前驱体溶液置于70±15℃油浴中持续搅拌水解10±5h；去离子水洗涤后，用30倍以上TBOT去离子水重悬获得乳白色均匀溶液，制备得到二氧化钛纳米颗粒水溶液；4)取2-3倍TBOT质量的L-抗坏血酸(VC)与0.5-0.8倍TBOT质量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(MW＝24000)均匀混合成200倍TBOT体积以上的水溶液，避光保存备用；取10ml上述二氧化钛水溶液加入60mlVC与PVP混合溶液中，搅拌均匀，溶液呈浅黄色；5)在室温下，向上述溶液中一次性加入2-3倍TBOT体积、浓度为1mM的氯金酸溶液(HAuCl4)并持续搅拌，约1min后溶液由浅黄色变为玫红色，即代表金纳米颗粒担载的二氧化钛纳米颗粒(Au@TiO2NPs)合成成功；6)多次加入2-3倍TBOT体积浓度为1mM的氯金酸溶液(HAuCl4)并持续搅拌，玫红色溶液颜色加深，即可获得更高载量的金纳米颗粒担载的二氧化钛纳米颗粒。步骤1)中需使用无水残留的洁净烧杯进行钛酸四丁酯(TBOT)滴入20倍TBOT体积以上的聚乙二醇(EG)反应，以避免钛酸四丁酯水解。步骤2)中需使用乙醇及去离子水进行充分洗涤(3次或以上)，以保证没有杂质吸附和残留，去除溶液酸性环境。步骤3)中在油浴过程中应保证持续搅拌，以避免二氧化钛纳米颗粒发生团聚。步骤4)中二氧化钛与VC与PVP混合溶液的体积比为1:6。步骤5)中加入氯金酸过程应保证持续搅拌，以使金纳米颗粒均匀分散于二氧化钛纳米颗粒上。本专利技术首先制备了表面比较粗糙的二氧化钛纳米颗粒，便于后续金纳米颗粒在其上成核生长；此外选择PVP作为保护剂，VC作为还原剂，可在常温下快速的将氯金酸还原为零价金，进而在二氧化钛表面成核生长为金纳米颗粒。这种方法柔和、快速，且制备得到的金纳米颗粒担载的二氧化钛纳米颗粒具有良好的分散性和可重复性，同时具有较高的可见光吸收度，使得二氧化钛材料在可见光催化领域具有更加广阔的应用前景。有益效果：与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有如下优异性能：(1)本专利技术使用PVP作为保护剂，VC作为还原剂可在常温下实现快速柔和制备金纳米颗粒担载的二氧化钛纳米颗粒，制备方法简单，制备条件温和；(2)本专利技术制备得到的金纳米颗粒担载的二氧化钛纳米颗粒具有良好的水溶液稳定性和制备可重复性，通过扫描电子显微镜(SEM)显示金纳米颗粒在二氧化钛上分布均匀，颗粒大小均匀；同时通过紫外可见吸收光谱显示，该纳米颗粒在可见光区域具有较好的吸收；(3)在本专利技术中，通过多次重复加入一定体积氯金酸的方式可以获得不同金纳米颗粒载量的Au@TiO2NPs纳米颗粒，可实现金纳米颗粒于二氧化钛纳米颗粒上的高担载。附图说明图1为本实施例中所制备的TiO2NPs的SEM图像；图2为本实施例中所制备的Au@TiO2NPs的SEM图像；图3为本实施例中所制备的不同金担载量的Au@TiO2NPs的SEM的六幅图像(按先排后列的顺序对应着逐渐增加金担载量，最后一次重复滴加6次氯金酸后金纳米颗粒的粒径的照片)；图4为本实施例中所制备的TiO2NPs以及不同金担载量的Au@TiO2NPs的实拍图像；四幅照片中包括未担载氯金酸的TiO2NPs和按序排列的三次逐渐增加氯金酸Au@TiO2NP的三幅照片。图5为本实施案例中所制备的TiO2NPs与Au@TiO2NPs的紫外可见吸收光谱。具体实施方式下面参考附图并结合实施例对本专利技术做进一步详细描述，可以使本专业技术人员更加全面地理解本专利技术。同时本专利技术中的数据只针对本专利技术，在不脱离本专利技术构思的前提下，合理地若干调整和改进，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术提供一种常温下二氧化钛纳米颗粒担载金纳米颗粒的快速制备方法，所述制备方法包括以下步骤：实施例11)在无水残留的烧杯中，将1ml钛酸四丁酯(TBOT)滴入22.5ml聚乙二醇(EG)中，并在室温下搅拌10h，溶液由乳白色逐渐变为无色透明；在无水残留的烧杯中加入100ml丙酮，并向其中加入0.4ml冰醋酸与1.25ml去离子水，混合均匀后将上述无色透明溶液倒入其中，并于室温下搅拌3h,溶液由无色透明逐渐变为乳白色；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种常温下二氧化钛担载金纳米颗粒的快速制备方法，其特征是，/n1)将钛酸四丁酯(TBOT)滴入20倍TBOT体积以上的聚乙二醇(EG)中，并在室温下搅拌5h以上，溶液由乳白色逐渐变为无色透明的溶液；在容器中加入50倍TBOT体积以上的丙酮，并向其中加入1-3倍TBOT体积的冰醋酸溶液，混合均匀后将上述无色透明溶液倒入容器，并于室温下搅拌1-4h,溶液由无色透明逐渐变为乳白色；/n2)将上述反应溶液置于离心管中进行高速离心，转速为6000-10000r/min，时间为15-40min；取上层清液丢弃，用80倍TBOT体积以上的无水乙醇将沉淀重悬，再次离心，转速与时间同上；取上层清液丢弃，用80倍TBOT体积以上的去离子水将沉淀重悬，再次离心，转速时间同上；去离子水洗涤两次后，使用50倍以上TBOT去离子水将沉淀重悬，获得二氧化钛纳米球的前驱体溶液；/n3)将上述前驱体溶液置于70±15℃油浴中持续搅拌水解10±5h；去离子水洗涤后，用30倍以上TBOT去离子水重悬获得乳白色均匀溶液，制备得到二氧化钛纳米颗粒水溶液；/n4)取2-3倍TBOT质量的L-抗坏血酸(VC)与0.5-0.8倍TBOT质量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(MW＝24000)均匀混合成200倍TBOT体积以上的水溶液，避光保存备用；取10ml上述二氧化钛水溶液加入60ml VC与PVP混合溶液中，搅拌均匀，溶液呈浅黄色；/n5)在室温下，向上述溶液中一次性加入2-3倍TBOT体积、浓度为1mM的氯金酸溶液(HAuCl...

【技术特征摘要】
1.一种常温下二氧化钛担载金纳米颗粒的快速制备方法，其特征是，
1)将钛酸四丁酯(TBOT)滴入20倍TBOT体积以上的聚乙二醇(EG)中，并在室温下搅拌5h以上，溶液由乳白色逐渐变为无色透明的溶液；在容器中加入50倍TBOT体积以上的丙酮，并向其中加入1-3倍TBOT体积的冰醋酸溶液，混合均匀后将上述无色透明溶液倒入容器，并于室温下搅拌1-4h,溶液由无色透明逐渐变为乳白色；
2)将上述反应溶液置于离心管中进行高速离心，转速为6000-10000r/min，时间为15-40min；取上层清液丢弃，用80倍TBOT体积以上的无水乙醇将沉淀重悬，再次离心，转速与时间同上；取上层清液丢弃，用80倍TBOT体积以上的去离子水将沉淀重悬，再次离心，转速时间同上；去离子水洗涤两次后，使用50倍以上TBOT去离子水将沉淀重悬，获得二氧化钛纳米球的前驱体溶液；
3)将上述前驱体溶液置于70±15℃油浴中持续搅拌水解10±5h；去离子水洗涤后，用30倍以上TBOT去离子水重悬获得乳白色均匀溶液，制备得到二氧化钛纳米颗粒水溶液；
4)取2-3倍TBOT质量的L-抗坏血酸(VC)与0.5-0.8倍TBOT质量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(MW＝24000)均匀混合成200倍TBOT体积以上的水溶液，避光保存备用；取10ml上述二氧化钛水溶液加入60mlVC与PVP混合溶液中，搅拌均匀，溶液呈浅黄色；
5)在室温下，向上述溶液中一次性加入2-3倍TBOT体积、浓度为1mM的氯金酸溶液(HAuCl4)并持续搅拌，约1min后溶液由浅黄色变为玫红色，即代表金纳米颗粒担载的二氧化钛纳米颗粒(Au@TiO2NPs)合成成功；
6)多次加入2-3倍TBOT体积浓度为1mM的氯金酸溶液(HAuCl4)并持续搅拌，玫红色溶液颜色加深，即可获得更高载量的金纳米颗粒担载的二氧化钛纳米颗粒。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤如下：
1)在无水残留的烧杯中，将1ml钛酸四丁酯(TBOT)滴入22.5ml聚乙二醇(EG)中，并在室温下搅拌10h，溶液由乳白色逐渐变为无色透明；在无水残留的烧杯中加入100ml丙酮，并向其中加入0.4ml冰醋酸与1.25ml去离子水，混合均匀后将上述无色透明溶液倒入其中，并于室温下搅拌3h,溶液由无色透...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文博，姚颖方，李梦璐，宋文涛，吴聪萍，邹志刚，
申请(专利权)人：南京大学，江苏三得再生资源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32