一种Au纳米粒子修饰的TiO2纳米线光催化剂的制备方法

摘要

本发明公开了一种Au纳米粒子修饰的TiO2纳米线光催化剂的制备方法，步骤如下：将钛片分别通过乙醇清洗和酸洗去除表面的油污和氧化层，表面打磨直到均匀光滑，通过阳极氧化法对其进行氧化处理，采用阶梯升压的方法，阳极氧化处理，氧化处理后在空气中煅烧；采用吸附-光还原的方法对TiO2纳米线进行Au纳米粒子修饰，把TiO2纳米线浸入到氯金酸溶液中，搅拌状态下进行紫外灯光照，处理后用去离子水冲洗，烘干。本发明在模拟日光照射下具有较高的光催化活性，提高了对可见光的利用，且制备方法简单，反应便于控制；作为固定化的光催化剂，便于从水中分离，避免产生新的污染，去除水体中有机污染物具有良好的稳定性和可重复利用性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂的制备方法，尤其涉及一种Au纳米粒子修饰的TiO₂纳米线光 催化剂的制备方法。

背景技术

由于半导体光催化剂在环境污染治理领域具有一些优越的性能，因此，在近几十年吸引 了研究者的兴趣。TiO₂光催化剂具有完美的光催化性能，化学性质稳定，并且没有毒性，被 认为是一种用于生产清洁能源和环境治理的比较理想的材料。TiO₂纳米结构，比如，纳米管、 纳米线、量子点以及纳米纤维，由于在光催化应用方面具有特殊的性能，引起了大量的研究 兴趣。TiO₂光催化剂的几何形貌对其光催化性能起着至关重要的作用，具有完美形貌的光催 化剂能够增大可接触表面积，提高对目标物的可及性，进而提高对污染物的降解效率。

但是，TiO₂光催化剂的带隙为3.2eV，只能吸收利用紫外光，而紫外光只占日光光谱的 3％，因此，限制了其广泛的应用。此外，先前大多数TiO₂光催化剂都是采用粉末的形式， 存在着催化剂难于回收甚至会造成纳米污染的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种Au纳米粒子修饰的TiO₂纳米线 (Au/TiO₂纳米线)光催化剂的制备方法，制备的Au/TiO₂纳米线光催化剂能够有效的跟水体 中的有机污染物接触反应，Au纳米粒子均匀的负载在TiO₂纳米线表面，粒径为纳米级，具有 可见光光催化活性和良好的稳定性，并且易于重复使用。

本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：一种Au/TiO₂纳米线光催化剂的制 备方法，步骤如下：

一、TiO₂纳米线制备：将钛片分别通过乙醇清洗和酸洗去除表面的油污和氧化层，然后 用1000目的砂纸对钛片的表面进行打磨，直到表面均匀而光滑，采用阳极氧化法对其进行氧 化处理，电解液为水的乙二醇溶液，水的含量为3.5～4.5％(v/v)，氟化铵含量为0.4～0.5wt％， 采用阶梯升压的方法，升压速度为每2秒升高1伏，最高电压为60V，阳极氧化处理时间为 2.5h，氧化处理后在空气中450～490℃煅烧1～2h；

二、Au纳米粒子修饰：采用吸附-光还原的方法对TiO₂纳米线进行Au纳米粒子修饰， 金源为氯金酸溶液，浓度为1～2mmolL^-1，把阳极氧化处理过的TiO₂纳米线浸入到氯金酸溶液 中，在搅拌状态下采用功率为12W的紫外灯光照1～2h，处理后用去离子水冲洗，烘干制备 Au/TiO₂纳米线光催化剂。

进一步的，所述步骤二中得到的光催化剂，在模拟日光辐照下降解甲基橙溶液以评价其 光催化性能，甲基橙溶液浓度为5mg/L，在35W氙灯下光照时间2h。降解过程中每隔30min 取样，检测甲基橙的浓度变化。

进一步的，所述钛片为纯度99.8％。

进一步的，所述钛片为长度10cm，宽度1cm的长方形。

进一步的，所述酸洗中所用酸洗液为HF∶HNO₃∶H₂O按照1～2∶4～5∶8～10体积比混合而 成。

本发明的有益效果是：通过上述工艺制备的Au/TiO₂纳米线光催化剂在模拟日光照射下 具有较高的光催化活性，提高了对可见光的利用，且制备方法简单，反应便于控制；制备的 Au/TiO₂纳米线光催化剂是固定化的光催化剂，便于从水中进行分离，避免了对水体产生新的 污染，并且具有良好的稳定性和可重复利用性，可用于水体中有机污染物的去除。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。

图1为实施例2制备的Au/TiO₂纳米线的扫描电镜照片。

图2为实施例2制备的Au/TiO₂纳米线的光吸收谱图，并与纯TiO₂纳米线比较。

图3为实施例2制备的Au/TiO₂纳米线的EDX谱图。

图4为实施例2制备的Au/TiO₂纳米线光催化降解5mg/L甲基橙溶液的去除率与光照时 间关系图，并与纯TiO₂纳米线比较。

具体实施方式

实施例1

一种Au/TiO₂纳米线光催化剂的制备方法，步骤如下：

一、TiO₂纳米线制备：将钛片分别通过乙醇清洗和酸洗去除表面的油污和氧化层，然后 用1000目的砂纸对钛片的表面进行打磨，直到表面均匀而光滑，采用阳极氧化法对其进行氧 化处理，电解液为水的乙二醇溶液，水的含量为3.5％(v/v)，氟化铵含量为0.4wt％，采用阶 梯升压的方法，升压速度为每2秒升高1伏，最高电压为60V，阳极氧化处理时间为2.5h， 氧化处理后在空气中450℃煅烧1h；

二、Au纳米粒子修饰：采用吸附-光还原的方法对TiO₂纳米线进行Au纳米粒子修饰， 金源为氯金酸溶液，浓度为1mmolL^-1，把阳极氧化处理过的TiO₂纳米线浸入到氯金酸溶液中， 在搅拌状态下采用功率为12W的紫外灯光照1h，处理后的样品用去离子水冲洗，烘干制备 Au/TiO₂纳米线光催化剂。

所述步骤二中得到的光催化剂，在模拟日光辐照下降解甲基橙溶液以评价其光催化性能， 甲基橙溶液浓度为5mg/L，在35W氙灯下光照时间2h。降解过程中每隔30min取样，检测 甲基橙的浓度变化。

所述钛片为纯度99.8％。所述钛片为长度10cm，宽度1cm的长方形。

所述酸洗中所用酸洗液为HF∶HNO₃∶H₂O按照1∶4∶10体积比混合而成。

实施例2

一种Au/TiO₂纳米线光催化剂的制备方法，步骤如下：

一、TiO₂纳米线制备：将钛片分别通过乙醇清洗和酸洗去除表面的油污和氧化层，然后 用1000目的砂纸对钛片的表面进行打磨，直到表面均匀而光滑，采用阳极氧化法对其进行氧 化处理，电解液为水的乙二醇溶液，水的含量为4％(v/v)，氟化铵含量为0.45wt％，采用阶 梯升压的方法，升压速度为每2秒升高1伏，最高电压为60V，阳极氧化处理时间为2.5h， 氧化处理后在空气中450℃煅烧2h；

二、Au纳米粒子修饰：采用吸附-光还原的方法对TiO₂纳米线进行Au纳米粒子修饰， 金源为氯金酸溶液，浓度为1mmolL^-1，把阳极氧化处理过的TiO₂纳米线浸入到氯金酸溶液中， 在搅拌状态下采用功率为12W的紫外灯光照1.5h，处理后的样品用去离子水冲洗，烘干制备 Au/TiO₂纳米线光催化剂。

所述步骤二中得到的光催化剂，在模拟日光辐照下降解甲基橙溶液以评价其光催化性能， 甲基橙溶液浓度为5mg/L，在35W氙灯下光照时间2h。降解过程中每隔30min取样，检测 甲基橙的浓度变化。

所述钛片为纯度99.8％。所述钛片为长度10cm，宽度1cm的长方形。

所述酸洗中所用酸洗液为HF∶HNO₃∶H₂O按照1∶4∶10体积比混合而成。

实施例3

一种Au/TiO₂纳米线光催化剂的制备方法，步骤如下：

一、TiO₂纳米线制备：将钛片分别通过乙醇清洗和酸洗去除表面的油污和氧化层，然后 用1000目的砂纸对钛片的表面进行打磨，直到表面均匀而光滑，采用阳极氧化法对其进行氧 化处理，电解液为水的乙二醇溶液，水的含量为4.5％(v/v)，氟化铵含量为0.5wt％，采用阶 梯升压的方法，升压速度为每2秒升高1伏，最高电压为60V，阳极氧化处理时间为2.5h， 氧化处理后在空气中490℃煅烧1h；

二、Au纳米粒子修饰：采用吸附-光还原的方法对TiO₂纳米线进行Au纳米粒子修饰， 金源为氯金酸溶液，浓度为2mmolL^-1，把阳极氧化处理过的TiO₂纳米线浸入到氯金酸溶液中， 在搅拌状态下采用功率为12W的紫外灯光照1h，处理后的样品用去离子水冲洗，烘干制备 Au/TiO₂纳米线光催化剂。

所述步骤二中得到的光催化剂，在模拟日光辐照下降解甲基橙溶液以评价其光催化性能， 甲基橙溶液浓度为5mg/L，在35W氙灯下光照时间2h。降解过程中每隔30min取样，检测 甲基橙的浓度变化。

所述钛片为纯度99.8％。所述钛片为长度10cm，宽度1cm的长方形。

所述酸洗中所用酸洗液为HF∶HNO₃∶H₂O按照1∶4∶10体积比混合而成。

通过上述工艺制备的Au/TiO₂纳米线光催化剂在模拟日光照射下具有较高的光催化活性， 提高了对可见光的利用，且制备方法简单，反应便于控制；制备的Au/TiO₂纳米线光催化剂 是固定化的光催化剂，便于从水中进行分离，避免了对水体产生新的污染，并且具有良好的 稳定性和可重复利用性，可用于水体中有机污染物的去除。

上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人 员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。