一种光催化材料及其制备方法和应用
专利汇可以提供一种光催化材料及其制备方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种光催化材料及其制备方法和应用，所述光催化材料主要由纳米 氧 化 钛 和金 纳米棒 组成，所述纳米氧化钛包裹在金纳米棒两端，金纳米棒中间部分未被纳米氧化钛包裹而完全暴露，使得所述光催化材料呈 哑铃 状结构。在本发明所述光催化材料的哑铃状结构中，金纳米棒中间部分完全暴露，既增强了其对可见光的吸收，又提供了金纳米棒与反应物充足的 接触 面，最为重要的是，在紫外或可见光照射下，此结构可实现光生电荷的独立分区分布，具有较高的 稳定性 和较宽的吸光范围，且制备方法简单、反应条件温和，环境友好，有望广泛地应用到光催化、 太阳能 电池 、光电转换等诸多方面，具有广阔的应用前景。，下面是一种光催化材料及其制备方法和应用专利的具体信息内容。
1.一种光催化材料的制备方法，其特征在于，所述光催化材料主要由纳米氧化钛和金纳米棒组成，所述纳米氧化钛包裹在金纳米棒两端，金纳米棒中间部分未被纳米氧化钛包裹而完全暴露，使得所述光催化材料呈哑铃状结构；
所述方法为采用含巯基和羧基的有机分子对金纳米棒进行两端修饰，在修饰过的金纳米棒溶液中制备纳米氧化钛，金纳米棒两端修饰分子基团与纳米氧化钛表面基团进行相互作用，从而得到所述光催化材料；
所述方法包括以下步骤：
(1)对金纳米棒原液进行预处理得到金纳米棒样品，向金纳米棒样品中加入表面活性剂溶液对金纳米棒进行活化处理；
(2)向步骤(1)处理后的金纳米棒中加入含巯基和羧基的修饰分子溶液，反应得到两端修饰的金纳米棒；
(3)向步骤(2)得到的两端修饰的金纳米棒溶液中加入钛源的醇溶液，反应得到所述光催化材料；
步骤(2)所述含巯基和羧基的修饰分子溶液的浓度为10μM～500μM，相对于100μL金纳米棒原液，步骤(2)所述含巯基和羧基的修饰分子溶液的用量为50～120μL。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述预处理为：将80～120μL的1～8nM金纳米棒原液，加水至1mL，离心去掉上清液，得到的沉淀即为金纳米棒样品。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金纳米棒原液的体积为100μL。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金纳米棒原液的浓度为5nM。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述表面活性剂溶液的浓度为10mM～100mM。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述表面活性剂溶液的浓度为10mM～50mM。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，相对于100μL金纳米棒原液，步骤(1)所述表面活性剂溶液的用量为0.5～1mL。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述含巯基和羧基的修饰分子为半胱氨酸和/或还原型谷胱甘肽。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述含巯基和羧基的修饰分子溶液的浓度为50μM～150μM。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应的温度为10℃～70℃。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应的温度为25℃～
50℃。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应的时间为1h以上。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应的时间为1～24h。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应的时间为12～
24h。
16.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应在水浴中进行。
17.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，向步骤(2)得到的两端修饰的金纳米棒溶液中加入钛源的醇溶液之前，将步骤(2)得到的两端修饰的金纳米棒溶液的pH值调节至11～13。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述pH值调节用浓氨水实现。
19.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述钛源为钛酸四异丙酯和/或钛酸四丁酯。
20.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛源中钛原子与金纳米棒中金原子的摩尔比为1:5～1:10。
21.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述醇为C1-C4醇。
22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述醇为异丙醇。
23.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述反应于室温、震荡下进行。
24.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述反应的时间为2h以上。
25.根据权利要求24所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述反应的时间为12h以上。
26.根据权利要求25所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述反应的时间为12-24h。
27.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将80～120μL的1～8nM金纳米棒原液，加水至1mL，离心去掉上清液，得到的沉淀即为金纳米棒样品，向金纳米棒样品中加入浓度为10mM～100mM表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵溶液，相对于100μL金纳米棒原液，所述表面活性剂溶液的用量为0.5～1mL，对金纳米棒进行活化处理；
(2)向步骤(1)处理后的金纳米棒中加入浓度为10μM～500μM的含巯基和羧基的修饰分子溶液，相对于100μL金纳米棒原液，所述含巯基和羧基的修饰分子溶液的用量为50～120μL，10℃～70℃反应1h以上，得到两端修饰的金纳米棒；
(3)将步骤(2)得到的两端修饰的金纳米棒溶液的pH值调节至11～13，向步骤(2)得到的两端修饰的金纳米棒溶液中加入钛源的醇溶液，所述钛源中钛原子与金纳米棒中金原子的摩尔比为1:5～1:10，于室温、轻轻震荡下反应2h以上，得到所述光催化材料。
28.根据权利要求1-27中任一项所述的制备方法制备得到的光催化材料在光催化中的应用。
一种光催化材料及其制备方法和应用
技术领域
背景技术
方面研究。氧化钛作为一个宽带隙半导体(Eg＝3.2ev)，只在紫外光下(≈5％)有响应，限制
了其光催化应用。例如1979年Fujishima等发现TiO2在紫外光照的条件下可用于光解水制
氢，从而开创了利用半导体进行进行光解水的新领域。但是，由于TiO2的禁带宽度较大，它
只在紫外区有活性，而紫外光只占太阳光总能量的4％，这就及大地限制了TiO2在光催化领
域的应用。因此，对TiO2进行改性和修饰，将其响应范围扩展到占太阳能总能量较多的可见
光和紫外光区，就成为十分有意义的工作。J.Ryu,S.H.Lee等人[J.Ryu,S.H.Lee,D.H.Nam,
C.B.Park,Adv.Mater.2011,23,1883]用多种量子点负载在TiO2的纳米管阵列上，并研究了
不同量子点对促进TiO2可见光活性的作用。B.O'Regan等发现[B.O'Regan,M.Gratzel,
Nature1991,353,737]通过染料敏化的方法可以将TiO2的吸收区域扩展至可见光区，并具
有良好的可见光活性。S.C.Hayden等人[S.C.Hayden,N.K.Allam,M.A.El-Sayed,
J.Am.Chem.Soc.2010,132,14406]将CdS量子点负载在TiO2纳米棒上，也取得了良好的可见
光响应。
醇类光氧化催化剂，以二氧化钛为壳，在二氧化钛壳内设置金纳米棒，所述二氧化钛的晶型
主体为锐钛矿晶型，所述二氧化钛壳的厚度为纳米级，所述金纳米棒的长径比为2-5，所述
催化剂的比表面积为300-320m2g-1，平均孔径为4.5-5.5nm。该光催化剂以二氧化钛为壳，在
二氧化钛壳内设置金纳米棒，将金纳米棒包裹在二氧化钛的内部，因此对于其发挥金纳米
棒的优势具有不利作用。
发明内容
而完全暴露，使得所述光催化材料呈哑铃状结构。
见光照射下，此结构可实现光生电荷的独立分区分布，在应用过程中，光生电荷独立分区分
布减少了光生电荷的复合，有利于光生电荷的分离，有利于氧化还原反应同时进行。
储功能，当氧化钛在紫外光的照射下，金纳米棒可以有效的帮助氧化钛导出电子，减少光生
电荷的复合；而在可见光的照射下，金纳米棒的局域等离子体共振效应(LSPR)可促使其激
发产生热电子，跨越与氧化钛形成的肖特基势垒，注入到氧化钛上，实现光生电荷的分离；
并且，金纳米棒的LSPR效应还具有增强入射光局部电场的功能，这些性质均有助于氧化钛
光催化性能的提高。
纳米氧化钛，金纳米棒两端修饰分子基团与纳米氧化钛表面基团进行相互作用，从而得到
所述光催化材料。
现两者的哑铃状结构生长。
2.5nM、3nM、4nM、5nM、6nM、7nM或8nM)金纳米棒原液，加水至1mL，离心去掉上清液，得到的沉淀即为金纳米棒样品。
50mM。
12、12.3、12.5、12.8或13。
棒两端修饰分子基团与纳米氧化钛表面基团的相互作用使纳米氧化钛包裹金纳米棒两端，
而金纳米棒中间部分完全暴露，形成类哑铃状结构。
甲基溴化铵溶液，相对于100μL金纳米棒原液，所述表面活性剂溶液的用量为0.5～1mL，对
金纳米棒进行活化处理；
120μL，10℃～70℃反应1h以上，得到两端修饰的金纳米棒；
原子的摩尔比为1:5～1:10，于室温、轻轻震荡下反应2h以上，得到所述光催化材料。
池、光电转换等诸多方面，具有广阔的应用前景。
可见光照射下，此结构可实现光生电荷的独立分区分布，具有较高的稳定性和较宽的吸光
范围，且制备方法简单、反应条件温和，环境友好，有望广泛地应用到光催化、太阳能电池、
光电转换等诸多方面，具有广阔的应用前景。
附图说明
具体实施方式
匀，取10μL该混合溶液加到步骤(3)溶液中，轻微震荡，反应24h，即得所述光催化材料。
镜图，图2为本实施例制备得到的光催化材料的透射电镜图，由图可以看出，未处理的金纳
米棒呈现规则的棒状结构，而本实施例制备得到的光催化材料在金纳米棒的两端包裹有纳
米氧化钛，呈现哑铃状结构，并且金纳米棒的中间部分未被包覆而完全暴露。
完全暴露，因此也会具有如图3所示的两个吸收峰，吸收峰较宽，稳定性高。
匀，取30μL该混合溶液分3次加到步骤(3)溶液中，轻微震荡，反应24h，即得所述光催化材
料。
棒的中间部分未被包覆而完全暴露。
取30μL该混合溶液分3次加到步骤(3)溶液中，轻微震荡，反应24h，即得所述光催化材料。
棒的中间部分未被包覆而完全暴露。
取30μL该混合溶液分3次加到步骤(3)溶液中，轻微震荡，反应2h，即得所述光催化材料。
棒的中间部分未被包覆而完全暴露。
取30μL该混合溶液分3次加到步骤(3)溶液中，轻微震荡，反应8h，即得所述光催化材料。
棒的中间部分未被包覆而完全暴露。
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