[发明专利]一种碳/二氧化钛/贵金属复合材料、光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳/二氧化钛/贵金属复合材料、光催化剂及其制备方法，该复合材料具有包覆有二氧化钛壳体的贵金属纳米颗粒的核壳结构，该结构有效地避免了纳米贵金属颗粒的脱落，提高了材料的稳定性，且在该核壳结构的基础上，设置碳量子点复合于二氧化钛壳层上，拓展了吸收光谱，提高了二氧化钛光催化剂对太阳光谱的利用，从而提高催化性能，获得的复合材料尺寸均一、分散性好；本发明的制备方法通过控制溶液的PH值在弱酸范围内，使得贵金属纳米粒子和二氧化钛分别带负电和正电，利用正负电荷静电吸附合成贵金属/二氧化钛核壳结构，该方法在常温常压下即可实施，制备时间短，条件温和。

技术领域

本发明涉及光催化剂领域，具体涉及一种碳/二氧化钛/贵金属复合材料、光催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，半导体氧化物被广泛应用于太阳能电池，光催化产氢，重金属吸附，光催化降解、医疗等新技术领域。其中，二氧化钛具有良好的化学稳定性，无毒，生产和应用成本低等优点也使得二氧化钛成为半导体材料的研究热点之一。但是，二氧化钛的性能仍然有待进一步提高，限制二氧化钛性能的原因主要有两点：第一，由于纳米粒子尺寸过小，电子-空穴复合率高导致材料整体的量子效率较低；第二，由于二氧化钛较大的禁带宽度，材料在可见光光谱范围内响应不够。对二氧化钛半导体材料进行改性，有利于提高二氧化钛的性能，拓展其应用范围。

贵金属具有的表面等离子体效应使其在可见光领域有很强的光吸收能力，将贵金属与二氧化钛结合，是一种有效的拓展二氧化钛吸光光谱波长的方法。目前，在二氧化钛上沉积贵金属的方法有很多，包括物理沉积，光沉积，电沉积，和化学沉积，溶胶凝胶法等。但是，要得到尺寸均一，高性能的稳定的贵金属/二氧化钛复合材料还是有一定难度的。

另一种提高二氧化钛性能的方法是将二氧化钛和非金属材料结合，例如碳、氮和硫等。通常，非金属的带隙比二氧化钛的带隙小，通过掺杂将碳、氮等非金属引入二氧化钛材料中，创造一个中间带隙，从而使得吸收光谱从紫外光拓展到可见光范围内。特别是碳量子点由于其具有优良的性能，成为目前研究热点之一，有许多课题组都有相关报道，但是依然存在许多问题亟待解决。合成好的二氧化钛结晶度和晶体质量都比较高，后续很难通过温和的方式将非金属掺杂入晶格内，而在二氧化钛反应阶段加入非金属，对二氧化钛形成又有一定影响。所以，需要寻求一种有效的碳/二氧化钛复合材料的制备方法。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种碳/二氧化钛/贵金属复合材料、光催化剂及其制备方法。基于该目的，本发明至少提供如下方案：

一种碳/二氧化钛/贵金属复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

将一定量呈弱酸性的贵金属纳米粒子溶液加入一定量的溶剂中，之后添加表面活性剂搅拌后获得溶液A；

将一定量的钛源加入一定量的溶剂中混合均匀获得钛源溶液，搅拌条件下将所述钛源溶液加入所述溶液A中水解，获得包含包覆有二氧化钛层的纳米贵金属小球M@TiO₂溶液；

离心M@TiO₂溶液获得M@TiO₂小球，将所述M@TiO₂小球分散至溶剂中，获得M@TiO₂小球溶液；

在室温下，将碳量子点加入M@TiO₂小球溶液中，混合均匀后烘干，获得碳/二氧化钛/贵金属复合材料。

优选的，所述贵金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子或铂纳米粒子，所述贵金属纳米粒子的粒径约为3-10nm。

优选的，所述呈弱酸性的贵金属纳米粒子溶液的PH值为4-6；所述呈弱酸性的贵金属纳米粒子溶液的制备采用至少两种还原剂，所述至少两种还原剂至少包括柠檬酸三钠以及NaBH₄。