[发明专利]石墨烯量子点负载Ag‑TiO2纳米阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯量子点负载Ag-TiO₂纳米阵列的制备方法，属于纳米复合材料技术领域。

背景技术

目前，能源危机和环境问题已成为制约世界经济和社会发展的两大关键问题。光催化降解技术有望成为解决能源和环境问题的有效途径，利用太阳光解水技术，将太阳能转化为洁净氢能可望解决因化石能源枯竭而带来的能源危机；另外，通过光催化降解技术可以降解有毒有机污染物，将成为解决环境问题的有效途径。能源和环境问题是当今世界所面临的两大课题，因此，开发和利用清洁性可再生能源(如：太阳能发电等)，改善能源结构，减少温室气体排放，保护人类赖以生存的环境，已经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分；另一方面，传统的环境治理方法存在诸如对污染物降解不彻底、耗能高、投入大以及可能引起二次污染等弊端，因此，寻找降解效率高、能耗低的污染物降解方法是当今的研究热点，宽禁带半导体因其较好的光催化降解污染污染物的能力受到科研工作者的广泛关注。

二氧化钛(TiO₂)是一种重要的半导体材料，具有制备成本低、催化活性高、化学性质稳定、无毒、原料来源丰富等，因而在光催化、污水处理及空气净化等方面具有重要的应用前景。然而，纯的TiO₂禁带宽度较宽，仅能吸收太阳光谱中的紫外光部分，并且光生电子-空穴复合率高，导致其量子产率低，因而太阳能利用率低，这两大甁颈问题限制了二氧化钛的推广和应用。因此，提高TiO₂光催化性能要从调控TiO₂禁带使其吸收光谱向可见光区延伸和降低光生电子-空穴对复合率两个方面进行。近年来，科研工作者对如何改进TiO₂的可见光响应及其可见光催化活性开展了大量的研究工作。通过元素掺杂、与其它氧化物半导体进行耦合、表面负载贵金属(Au,Ag,Pt,Pd等)和具有可见光响应量子点修饰将TiO₂的吸收光谱拓展到可见光区，提高其对可见光的响应，也有助于增强光生电子-空穴对的有效分离。然而，目前的研究工作主要集中在对TiO₂的掺杂、与其它氧化物半导体进行耦合、表面负载贵金属等，对于在负载有贵金属的TiO₂纳米阵列表面再进行量子点修饰的研究工作相对较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中制备TiO₂薄膜的可见光响应性能不理想、制备过程复杂、所需化学试剂昂贵或有毒等缺陷，提供一种石墨烯量子点负载Ag-TiO₂纳米阵列的制备方法，它制备原料低值、无毒、制备过程简单，在TiO₂纳米阵列上负载Ag纳米颗粒和石墨烯量子点，通过二者共同作用，增强TiO₂纳米阵列的可见光响应性能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种石墨烯量子点负载Ag-TiO₂纳米阵列的制备方法，方法的步骤中含有：

(a)制备TiO₂纳米阵列；

(b)制备Ag-TiO₂纳米阵列：通过紫外光照还原Ag+在步骤(a)制备的TiO₂纳米阵列上负载Ag纳米颗粒，得到Ag-TiO₂纳米阵列；

(c)制备石墨烯量子点负载Ag-TiO₂纳米阵列：采用旋转涂膜技术将石墨烯量子点分散液均匀涂覆于步骤(b)制备的Ag-TiO₂纳米阵列表面，然后进行烘干，得到石墨烯量子点负载Ag-TiO₂纳米阵列。

进一步提供一种制备TiO₂纳米阵列的具体步骤，步骤(a)的具体步骤如下：

(a1)将盐酸、钛酸丁酯和去离子水混合搅拌得到混合溶液；

(a2)将混合溶液置于高压釜中，然后将基片投入高压釜中；

(a3)将高压釜置于烘箱中，使高压釜内物质发生反应，待反应结束后，取出样品，对样品进行清洗和烘干，得到所述TiO₂纳米阵列。

进一步，在步骤(a2)中，在投入高压釜之前，对基片进行清洗和烘干处理。

进一步，对基片进行清洗和烘干处理的具体过程为：对基片分别在丙酮和去离子水中进行超声清洗，清洗完成后，将基片在60℃的环境氛围中烘干。

进一步，在步骤(a2)中，基片为FTO导电玻璃。