[发明专利]一种制备顶端负载金颗粒的TiO2纳米线的方法

说明书

本发明涉及表面微纳米功能结构的制备，具体为一种制备顶端负载有金颗粒的TiO₂纳米线的方法。其特征是：首先将Ti片置于无水乙醇中超声清洗；然后采用磁控溅射在清洗后的Ti片表面均匀喷金；之后将喷金后的Ti片置于马弗炉中进行热处理，在喷金后的Ti片表面生长出顶端负载有金颗粒的结晶型TiO₂纳米线。本发明的制备方法具有工艺简单、尺寸可控、吸光率高、结构稳定、可规模化生产等优点，制备的TiO₂纳米线可应用于光催化、表面增强拉曼散射和表面增强荧光、抗菌防污、光电转化等领域。

技术领域

本发明涉及表面微纳米功能结构的制备，具体为一种制备顶端负载有金颗粒的TiO₂纳米线的方法。

背景技术

二氧化钛因为其高化学稳定性、无毒无害、低成本的优点，广泛应用于光催化、表面增强拉曼散射和表面增强荧光、抗菌防污、光电转化等领域。

与其它二氧化钛微纳结构相比，二氧化钛纳米线具有更高的比表面积，有利于与反应物更好的充分接触，提高作用效率，具有重要的实用意义。目前已有水热法，模板法等制备二氧化钛纳米线的方法，但相比于热处理法，它们的耗时较长，易团聚，成本较高，且某些有机溶剂对人体会有一定危害。其制备的纳米线结构上没有贵金属颗粒的负载，而贵金属负载可以减小TiO₂的禁带宽度，加快光生电子转移速率，可有效阻止电子-空穴对的复合，从而提高TiO₂对光的吸收和利用。

为实现在二氧化钛纳米线上贵金属颗粒的负载，目前的方法主要有微波辐射加热的多元醇工艺和光化学沉积法，但此类方法制备的纳米线均匀性较差，且贵金属颗粒及纳米线的尺寸可控性较弱。

发明内容

本发明提供了一种简单，可控的在钛基底上制备顶端负载有金颗粒的TiO₂纳米线新方法。具有工艺简单、尺寸可控、吸光率高、结构稳定、可规模化生产等优点，可应用于光催化、表面增强拉曼散射和表面增强荧光、抗菌防污、光电转化等领域。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种制备顶端负载有金颗粒的TiO₂纳米线的方法，其特征是：首先将Ti片置于无水乙醇中超声清洗；然后采用磁控溅射在清洗后的Ti片表面均匀喷金；之后将喷金后的Ti片置于马弗炉中进行热处理，在喷金后的Ti片表面生长出顶端负载有金颗粒的结晶型TiO₂纳米线。

所述置于无水乙醇中超声清洗的时间为10min。

进一步，Ti片的纯度在95wt.％以上。

进一步，所述磁控溅射的步骤为：采用磁控溅射仪，以金作为靶材，用双面胶将钛片固定在磁控溅射仪内的样品台上，抽真空至腔内压强为0.5Pa后即可开始溅射。溅射参数：溅射温度25℃，溅射压强0.5Pa，溅射功率150W，溅射时间为20s-15min。

进一步，在马弗炉中进行热处理，温度为700-800℃，保温时间2-6h。

进一步，通过控制保温温度、保温时间，获得不同长度的TiO₂纳米线；通过控制磁控溅射时间，获得不同平均直径的金颗粒；通过控制金颗粒的平均直径，获得不同平均直径的TiO₂纳米线。

本发明的优点是：

1)本方法工艺简单，基底上生长出的TiO₂纳米线分布均匀，重复性好；

2)喷金时间和热处理参数可以进行调控从而影响最终制备的纳米线长度及顶端金颗粒的直径，以适应于不同领域的应用需求；

3)直接在钛基底上制备出TiO₂纳米线与基底直接结合使得电荷传输阻抗小；