光催化-SERS双功能纳米材料的制备及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种光催化

【技术实现步骤摘要】
光催化
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SERS双功能纳米材料的制备及使用方法


[0001]本专利技术涉及光催化、拉曼检测及SERS原位监测催化
，尤其涉及一种光催化
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SERS双功能纳米材料的制备及使用方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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
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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。
[0004]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
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Cu纳米颗粒被成功合成并用于R6G染料的降解；Cu
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Cu2O
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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专利技术研究还未见报道。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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术公开一种光催化
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SERS双功能纳米材料制备方法。本专利技术操作简单，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
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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。
[0007]本专利技术通过以下技术方案实现的：
[0008]一种光催化
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SERS双功能纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]S4：离心所述钌铜合金纳米颗粒胶体获取下层沉淀，用无水乙醇清洗下层沉淀，并使下层沉淀分散在无水乙醇中。
[0013]进一步的，所述钴前驱体为氯化钴或乙酰丙酮钴。
[0014]进一步的，所述步骤S1中，除气水的用量为50mL，所述钴前驱体的质量为9至18mg，所述柠檬酸钠的质量为20至40mg。
[0015]进一步的，所述步骤S1中，所述钴前驱体与所述柠檬酸钠的物质的量比为0.45：1。
[0016]进一步的，所述步骤S2中，所述硼氢化钠溶液为冰水溶液。
[0017]进一步的，所述步骤S3中，所述钌盐为氯化钌，混合形成所述反应液使用钌盐溶液的浓度为0.05
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0.1mmol/L，混合前体积为4mL；
[0018]所述铜盐为氯化铜，混合形成所述反应液使用铜盐溶液的浓度为10mmol/L，混合前体积为4mL。
[0019]进一步的，所述步骤S4具体包括：
[0020]离心所述钌铜合金纳米颗粒胶体，抽离上层清液，保留下层沉淀；
[0021]向下层沉淀中加入无水乙醇清洗并分散下层沉淀；
[0022]重复离心和无水乙醇清洗操作三次；
[0023]获取钌铜合金纳米颗粒沉淀，或获取钌铜合金纳米颗粒
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无水乙醇分散系。
[0024]一种光催化
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SERS双功能纳米材料的使用方法，包括如下步骤：
[0025]T1，将如上述光催化
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SERS双功能纳米材料的制备方法制备的钌铜合金纳米材料覆在载片上，制成基底片；
[0026]T2，将待分解物质制成溶液，并滴加在基底片上；
[0027]T3，使拉曼光谱仪的激发光源照射在所述基底片上，所述激发光源为所述待分解物质的催化光源和拉曼信号的激发光源；
[0028]T4，照射所述基底片，且每隔预定时长采集一次拉曼光谱。
[0029]进一步的，所述钌铜合金纳米材料为钌铜合金纳米颗粒
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无水乙醇分散系；所述载片为单面抛光硅片；
[0030]所述步骤T1具体包括：
[0031]T11，分别用异丙醇、无水乙醇和超纯水超声清洗所述载片，并用氮气吹干所述载片；
[0032]T12，取指定体积的钌铜合金纳米颗粒
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无水乙醇分散系滴加在所述载片上，并真空干燥制成所述基底片。
[0033]进一步的，所述步骤T2之后还包括：
[0034]T21，在所述载片上覆盖石英片，所述溶液在所述基底片和所述石英片之间。
[0035]本专利技术的有益效果在于：
[0036]本专利技术提供的光催化
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SERS双功能材料，通过对材料在结构和组成上的设计和调控，即空心结构的构建和将钌铜金属合金化，提升了材料的SERS敏感性；同时提供了更多的活性位点以及调节了材料的几何和电子结构，提升了其光催化降解偶氮染料的性能。
[0037]同时利用材料本身的SERS增强性能和光催化降解偶氮染料的性能，实现了对光催化反应过程的实时、原位监测。
[0038]本专利技术合成方法简单、成本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化
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SERS双功能纳米材料的制备方法，其特征在于，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；S4：离心所述钌铜合金纳米颗粒胶体获取下层沉淀，用无水乙醇清洗下层沉淀，并使下层沉淀分散在无水乙醇中。2.根据权利要求1所述的光催化
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SERS双功能纳米材料的制备方法，其特征在于，所述钴前驱体为氯化钴或乙酰丙酮钴。3.根据权利要求1所述的光催化
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SERS双功能纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，除气水的用量为50mL，所述钴前驱体的质量为9至18mg，所述柠檬酸钠的质量为20至40mg。4.根据权利要求3所述的光催化
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SERS双功能纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述钴前驱体与所述柠檬酸钠的物质的量比为0.45：1。5.根据权利要求1所述的光催化
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SERS双功能纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述硼氢化钠溶液为冰水溶液。6.根据权利要求1所述的光催化
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SERS双功能纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述钌盐为氯化钌，混合形成所述反应液使用钌盐溶液的浓度为0.05
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0.1mmol/L，混合前体积为4mL；所述铜盐为氯化铜，混合形成所述反应液使用铜盐溶液的浓度为10mmol/L，混合前体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：李婉，孙莹莹，李鹏辉，陈婉玲，徐江，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：