一种将银纳米颗粒均匀负载于半导体材料上的方法技术

本发明专利技术公开了一种将银纳米颗粒均匀负载于半导体材料上的方法，包括以下步骤：(1)将TiO2材料或表面带有羟基的钛酸镧材料浸渍于水和乙醇混合溶液中，然后向溶液中添加乙酸和巯基乙酸，在0

【技术实现步骤摘要】
一种将银纳米颗粒均匀负载于半导体材料上的方法


[0001]本专利技术涉及纳米颗粒制备，尤其涉及一种将银纳米颗粒均匀负载于半导体材料上的方法。

技术介绍

[0002]银纳米颗粒材料(Ag NPs)具有很稳定的物理化学性能，在光电，催化，抗菌、生物传感器、表面增强拉曼散射(SERS)等方面具有十分重要的应用价值。TiO2作为一种环境友好型的多功能材料，因其经济、高效、无毒被广泛应用于光解水、有机物合成、水中污染物降解、太阳能电池、气体传感器等领域。由于贵金属如银较其他金属具有更高的催化活性和选择性，因此半导体材料负载贵金属可以进一步提高半导体材料的光催化活性。相比其它贵金属，Ag成本低，且其局域表面等离子效应能够显著增强催化剂对可见光的吸收能力，因而备受研究者青睐。其与TiO2材料结合形成的Ag NPs
‑
TiO2半导体基复合材料更是在光催化和表面增强拉曼散射领域有着广泛研究。
[0003]Ag NPs
‑
TiO2半导体基复合材料的制备可通过PVD方法如真空电子束蒸发或是磁控溅射直接在TiO2材料表面，通过控制Ag材料的蒸发量就可以获得均匀分布的Ag NPs。但是这对设备要求比较高，且不能完成在具有复杂曲面TiO2的表面上制备Ag NPs。利用化学还原法可以直接在TiO2的表面直接生长Ag NPs，如专利CN114427112A，利用光还原法，通过紫外灯照射TiO2薄膜表面的AgNO3溶液，即可沉积银纳米颗粒；或者利用化学还原法如专利CN114749173A，将TiO2基材浸入到NaBH4和AgNO3的混合溶液，30
‑
50℃下搅拌反应300
‑
350min，即可得到Ag/TiO2复合光催化材料。但是这种方法制备的Ag颗粒尺寸和形貌都不均匀，导致复合的结构的光催化性能或是SERS性能在不同区域差异性较大。纳米银的性能在很大程度上受银颗粒的形态、大小及周围介质的影响。因此纳米银颗粒合成方法的改进和形貌调控是人们致力研究的主要方向。因此，简单和经济的，能够精确的在TiO2表面生长并控制纳米银颗粒大小，形状和尺寸分布的制备方法，是亟待开发的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种简单、高效、可大批量地在半导体材料表面均匀生长Ag NPs的制备方法。
[0005]为实现上述的目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]一种将银纳米颗粒均匀负载于半导体材料上的方法，包括以步骤：
[0007](1)将TiO2材料或表面带有羟基的钛酸镧材料浸渍于水/乙醇混合溶液中，然后向溶液中添加乙酸和巯基乙酸，在0
‑
50℃水浴搅拌反应一段时间后，过滤得到巯基化的产物，然后用酒精和水的混合溶液漂洗；
[0008](2)将步骤(1)中的得到的巯基化产物浸渍于水溶液中，并在92
‑
98℃水浴环境下，添加硝酸银溶液，搅拌反应1
‑
2h，冷却至室温；过滤，得到膜产物；
[0009](3)将步骤(2)得到的膜产物置于惰性气氛/真空环境下退火处理，得到银纳米颗
粒负载的半导体材料。
[0010]优选的，步骤(1)中还包括预先将TiO2材料置于马弗炉中，400
‑
500℃下加热1h后冷却至室温。
[0011]优选的，步骤(1)中乙醇的体积分数为20％
‑
80％。
[0012]优选的，步骤(1)中巯基乙酸/乙酸/乙醇混合水溶液质量分数分别为1
‑
5％，1％
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5％和30％
‑
70％。
[0013]优选的，步骤(1)反应时间为30min
‑
2h。
[0014]优选的，步骤(1)中漂洗次数为3
‑
4次。
[0015]优选的，步骤(2)中硝酸银溶液浓度为0.01mol/L
‑
10mol/L。
[0016]优选的，步骤(3)中退火处理温度为450
‑
650℃，时间为0.5
‑
3h。
[0017]优选的，步骤(3)中所述的惰性气体为氮气或氩气。
[0018]一种光催化半导体材料，如上述所述的方法制得。
[0019]本专利技术为获得均匀分布的Ag NPs，同时采用了化学还原和物理热缩两个流程。在一般的化学还原法制备Ag纳米颗粒过程中，通常需要添加还原剂，如柠檬酸钠或是硼氢化钠，且需要添加一定量的稳定剂，如PVP等，保护和阻止Ag颗粒团聚。而在本专利技术中的化学还原过程中，充分利用了TiO2表面自身携带的羟基键，使之化学键合产生巯基化；键合的巯基乙酸不仅能捕获Ag
+
，同时还具有还原作用，不用额外添加还原剂和稳定剂，这大大简化了工艺流程。最后通过热处理工艺，使银纳米膜重融缩合成均匀分布的银纳米颗粒。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的半导体复合材料制备工艺流程示意图；
[0021]图2为本专利技术的实施例1制得的半导体复合材料SEM图；
[0022]图3为本专利技术的实施例2制得的半导体复合材料SEM图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不构成对本专利技术保护范围的限制。
[0024]在现有技术中，多使用紫外灯等照射或还原剂直接在TiO2表面还原出Ag，生长出的Ag颗粒形貌和分布都不是很均匀。在一些高精端
，如对样品SERS性能的稳定性、可重复性和均匀性有着严格要求。现有化学还原法制备出的Ag NPs
‑
TiO2复合材料则无法满足这些要求。本专利技术中是先将Ti02表面巯基化处理，然后在高温水浴中捕获并还原Ag
+
形成致密的银膜，最后通过退火工艺热缩过程获得的均匀的Ag纳米颗粒。
[0025]本专利技术为获得均匀分布的Ag NPs，同时采用了化学还原和物理热缩两个流程。在一般的化学还原法制备Ag纳米颗粒过程中，通常需要添加还原剂，如柠檬酸钠或是硼氢化钠，且需要添加一定量的稳定剂，如PVP等，保护和阻止Ag颗粒团聚。而在本专利所使用的化学还原过程中，充分利用了TiO2表面自身携带的羟基键，使之化学键合产生巯基化；键合的巯基乙酸不仅能捕获Ag
+
，同时还具有还原作用，不用额外添加还原剂和稳定剂。这大大简化了工艺流程。最后通过热处理工艺，使银纳米膜重融缩合成均匀分布的银纳米颗粒，如图1所示。
[0026]实施例1
[0027]取0.2g TiO2微米片，置于马弗炉中，450℃下加热1h后冷却至室温。所得样品浸渍于200ml，体积比为1：1的水/乙醇混合溶液中，然后分别添加2ml 36％乙酸和2ml巯基乙酸。在水浴30℃下，利用搅拌器搅拌2h，转速为300rp/min。使用滤纸过滤后得到巯基化的TiO2微米片，然后使用乙醇/水混合溶液反复漂洗三次。将巯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种将银纳米颗粒均匀负载于半导体材料上的方法，其特征在于，包括以步骤：(1)将TiO2材料或表面带有羟基的钛酸镧材料浸渍于水/乙醇混合溶液中，然后向溶液中添加乙酸和巯基乙酸，在0
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50℃水浴搅拌反应一段时间后，过滤得到巯基化的产物，然后用酒精和水的混合溶液漂洗；(2)将步骤(1)中的得到的巯基化产物浸渍于水溶液中，并在92
‑
98℃水浴环境下，添加硝酸银溶液，搅拌反应1
‑
2h，冷却至室温；过滤，得到膜产物；(3)将步骤(2)得到的膜产物置于惰性气氛/真空环境下退火处理，得到银纳米颗粒负载的半导体材料。2.如权利要求1所述一种将银纳米颗粒均匀负载于半导体材料上的方法，其特征在于：步骤(1)中还包括预先将TiO2材料置于马弗炉中，400
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500℃下加热1h后冷却至室温。3.如权利要求1所述一种将银纳米颗粒均匀负载于半导体材料上的方法，其特征在于：步骤(1)中乙醇的体积分数为20％
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80％。4.如权利要求1所述一种将银纳米颗粒均匀负载于半导体材料上的方法，其特征在于：步骤(1)中巯基乙酸/...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙洪保，陈章荣，
申请(专利权)人：惠州市华阳光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：