[发明专利]核壳结构的银纳米颗粒/碳/二氧化钛纳米复合物的制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳结构的银纳米颗粒/碳/二氧化钛纳米复合物的制备方法，包括以下步骤：二氧化钛纳米管的制备；多巴胺在二氧化钛纳米管表面的聚合形成聚多巴胺/二氧化钛纳米管；聚多巴胺还原银纳米颗粒制备银/聚多巴胺/二氧化钛纳米管；通过在惰性气体下煅烧银纳米颗粒/聚多巴胺/二氧化钛纳米管改变二氧化钛晶型、使聚多巴胺转变为碳层以获得核壳结构的银纳米颗粒/碳/二氧化钛纳米管。本发明在增加太阳光吸收率的同时可保护银不被快速氧化，并提供电子传输通道增加导电性，解决了现有工艺中银单质易被氧化且制工序复杂，耗时长，稳定性差等问题。

技术领域

本发明涉及光催化降解污染物材料技术领域，具体涉及一种核壳结构的银纳米颗粒/碳/二氧化钛纳米复合物的制备方法。

背景技术

现如今社会面临众多难题，其中对能源需求的急剧增加以及大量环境污染问题成为关注焦点，其中水污染是最急需解决的问题。TiO₂自1972年发现以来，因其具有良好导电性、突出的化学稳定性、光电特性、生物相容性、抗腐蚀性和低成本等特点吸引了大量学者对其研究并且广泛应用于光催化降解污染物、燃料敏化太阳能电池、生物医用材料、气体传感器和光解水制氢等方面，为有机污染物的绿色降解提供了新的途径。

纳米材料由于其低尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应被大量研究用于解决现阶段环境与能源问题，其中由于二氧化钛在紫外光下具有良好的催化降解和化学稳定性能而被广泛应用。相对于0维二氧化钛纳米颗粒，一维二氧化钛纳米管具有更大的比表面积、比表面能、以及电子-空穴复合率较低等优点。但是TiO₂仍然存在一些缺点，从而限制了它在很多方面的应用：（1）TiO₂的禁带宽度较宽（锐钛矿为3.2 eV，金红石为3.0 eV），只能吸收3~5%的太阳光能(λ＜387 nm)，利用率低；（2）TiO₂纳米管光生电子空穴对的复合率相对于较高，光催化活性低。

针对以上问题，大量研究表明可以通过贵金属、非金属的掺杂以及半导体、金属纳米粒子的复合来改善TiO₂的光电催化性能，提高太阳能的利用率。本方法通过负载金属纳米颗粒与无定型碳的双重作用对TiO₂性能进行改善，一方面，金属纳米颗粒分散在二氧化钛的表面可以有效捕获光生电子，促进了电子和空穴的分离，抑制光生电子和空穴的复合，并且通过表面等离子体共振效应可以拓宽TiO₂对可见光吸收波长，增加对太阳光的吸收率；另一方面，无定型碳层对TiO₂和金属纳米颗粒的包覆可以增加对太阳光的吸收以及有效防止银的氧化，同时还可以提供电子传输通道增加复合物的导电性。相比于其他贵金属Pt、Au等，Ag具有价廉易得的优点，使得Ag@TiO₂纳米复合物已被广泛用于紫外及可见光降解有机污染物、光解水产氢、太阳能电池以及生物抗菌等领域。现有技术中，采用光还原法、水热法以及电沉积法将银颗粒还原至TiO₂纳米管基底上，然而以上制备方法工艺条件相对复杂且银颗粒与TiO₂纳米管基底粘附力较小，并且对于颗粒尺寸以及分散性的可控制性较差。同时很多研究采用聚多巴胺还原金属（Ag、Pt、Au等），但由于聚多巴胺的生物相容性与还原性，大量研究着重于抗菌、生物方面的应用，却很少利用聚多巴胺性能应用于光催化与产氢领域。

因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。

发明内容

本发明目的是提供一种核壳结构的银纳米颗粒/碳/二氧化钛纳米复合物的制备方法，解决上述问题。

本发明的技术方案是：

一种核壳结构的银纳米颗粒/碳/二氧化钛纳米复合物的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)二氧化钛纳米管的制备：将P25放入氢氧化钠溶液中搅拌均匀后倒入反应釜，将所述反应釜放入油浴锅进行搅拌水热反应，反应后将沉淀进行酸洗，制得二氧化钛纳米管；