[发明专利]一种Ag@Cu2O-rGO二维纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Ag@Cu₂O‑rGO二维纳米复合材料及其制备方法和应用，属于复合纳米功能材料技术领域。传统的SERS基底大多采用贵金属金、银作为基底，这些材料能够得到较强的拉曼信号，然而材料的催化效果较差。本发明的二维结构，为材料提供良好的均一性，避免小尺寸纳米粒子团聚现象的发生。本发明选取rGO作为材料的衬底，其导电性能好，与金属、半导体复合后，能促进电荷转移，从而降低电子‑空穴的复合几率，增强材料的催化性能。Ag@Cu₂O核壳结构一方面Cu₂O壳对内部的Ag核起隔离保护的作用，防止Ag核与催化体系相互作用，影响SERS结果的检测；另一方面，金属与半导体复合，提高量子利用率，从而提高催化活性。

技术领域

本发明属于复合纳米功能材料技术领域。

背景技术

表面增强拉曼散射(SERS)是最灵敏的光谱检测技术之一。灵敏度高、能够与无标记的分子特异性结合这两种因素促使SERS成为一种重要的检测方法。特别是在催化反应过程中，SERS光谱可以提供丰富的结构信息，更能够提供正常拉曼光谱检测不到的催化剂表面的痕量物质。在研究催化过程中，理解结构-活性的关系有利于在理论上设计高催化活性的复合材料。贵金属有较高的SPR效应是SERS基底的首选材料，银以其高活性和经济适用性吸引广大研究者兴趣。然而在以SERS为检测手段检测催化反应过程中，贵金属容易与催化体系发生作用干扰检测结果。Cu₂O一种适当带隙宽度(2.0-2.2eV)的P型氧化物半导体，由于其吸收波长在可见光范围内、价格低廉、易于制备等特点将其视为光催化的优秀候选物。然而Cu₂O作为催化剂也有一定的局限性，空穴扩散长度短，光生电子-空穴对容易复合，这导致非常低的量子利用效率，进而限制了其在光催化中的应用。纳米复合材料其粒子处于纳米级，尺寸小，粒子容易团聚，形成不规则的团聚体，这严重影响SERS结果的均一性，从而影响以SERS为检测手段检测催化过程中的结构信息，限制了催化机理的研究，很难在理论上设计高性能的催化剂。

发明内容

为了解决现有技术以SERS为监测手段研究催化反应机理中金属易于催化体系发生作用、的空穴利用率低、粒子容易聚集等问题。本发明提供了一种Ag@Cu₂O-rGO二维纳米复合材料，其复合结构为以GO(氧化石墨烯)为衬底，将Ag纳米粒子均匀的分散在GO表面并保持GO的二维纳米结构，Ag表面包覆一层Cu₂O纳米粒子；其中Ag纳米粒子的粒径为19nm，Cu₂O壳层厚度为22nm。

该结构以GO为衬底可以有效解决Ag纳米粒子聚集的问题，使Ag纳米粒子均匀的分散在GO表面，并不破坏GO的二维结构。Ag@Cu₂O的包覆结构可以即引入了Ag纳米粒子又阻碍金属与催化体系发生反应，同时金属与半导体复合能够降低电子-空穴复合率，提高空穴利用率，从而提高复合材料的催化活性，形成一种具有较好SERS活性、较高催化性能并能偶应用SERS手段研究自身催化机理的高性能材料，解决现有技术存在的上述问题。

Ag@Cu₂O-rGO二维纳米复合材料的制备方法如下：

A、采用两步氧化法制备GO；

B、利用Lee-Meisel(李-迈泽尔)法对GO进行表面修饰Ag纳米粒子形成Ag–rGO(还原氧化石墨烯)结构；

C、通过水合肼还原硝酸铜使形成的Cu包覆在Ag–rGO结构中Ag纳米粒子表面上，得到Ag@Cu₂O-rGO二维纳米复合材料。