Au-GSH@TiO2@PDMS复合材料及其制备方法和应用转让专利
申请号 : CN201911420265.6
文献号 : CN111167517B
文献日 : 2021-09-10
发明人 : 朱海光 , 刘勇 , 袁勋
申请人 : 青岛科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、以谷胱甘肽(GSH)为还原剂和保护剂,以氯金酸(HAuCl4)前驱体,合成谷胱甘肽(GSH)保护的金纳米团簇Au‑GSH;
S2、在有机溶剂作用下,以钛酸正四丁酯为前驱体,采用水热法合成光催化剂TiO2,得到非晶态TiO2,对所述非晶型TiO2高温处理,制备结晶态TiO2;
S3、所述结晶态TiO2和与所述Au‑GSH反应,制备Au‑GSH@TiO2复合材料;
S4、采用紫外光固化法将聚二甲基硅氧烷PDMS接枝在Au‑GSH@TiO2表面,得到Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料。
2.如权利要求1所述的Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料的制备方法,其特征在于,谷胱甘肽(GSH)保护的金纳米团簇(Au‑GSH)的合成为:将GSH,HAuCl4按照摩尔比2:1混合,常温下反应1.5h,生成Au‑GSH配合物,然后将反应转移到油浴中,加热到70℃,继续反应24h,合成棕黄色Au‑GSH溶液。
3.如权利要求1所述的Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料的制备方法,其特征在于,结晶态TiO2的制备:取有机溶剂异丙醇与钛酸正四丁酯,加入到高压反应釜中,并转换到180℃烘箱,反应时间12h,生成非晶化TiO2颗粒,用异丙醇离心洗涤,在60℃的条件烘干,最后高温晶化,温度为450℃,升温速率为5℃/min,时间是2h,得到结晶化的TiO2颗粒。
4.如权利要求1所述的Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料的制备方法,其特征在于,所述Au‑GSH@TiO2复合材料的制备,取所述结晶化的TiO2颗粒、Au‑GSH及水于烧杯中,然后用硫酸和氢氧化钠将pH调节到4,在常温搅拌24h,得到Au‑GSH@TiO2复合材料。
5.如权利要求1所述的Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料的制备方法,其特征在于,所述紫外光固化法为,取PDMS和Au‑GSH@TiO2,放在0.5W紫外光下照射2h,将PDMS接枝在Au‑GSH@TiO2表面,然后用乙酸乙酯洗去未反应的PDMS,并在60℃条件下干燥,得到Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料。
6.如权利要求1或5所述的Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料的制备方法,其特征在于,所述PDMS与Au‑GSH@TiO2的质量份数比为2:0.05。
7.如权利要求1‑6任一所述制备方法制备得到的Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料。
8.如权利要求7所述的Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料在光催化方面的应用。
说明书 :
Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料及其制备方法和应用
技术领域
背景技术
性位点多等,因此金属纳米团簇常用于与半导体复合,提高半导体的光催化活性。众所周
知,金属纳米团簇的尺寸是决定催化剂活性的一个重要因素,通常来讲,尺寸越小,比表面
积大,催化活性越高,然而,由于纳米尺寸的金属纳米团簇表面能大,处于热力学不稳定状
态,在光照条件下,不同金属纳米团簇之间倾向于相互团聚,形成大的颗粒,以此降低表面
能,达到一种热力学稳定的状态,金属纳米团簇这种光稳定性导致半导体光催化活性的下
降,且使半导体光催化机理变得复杂。
光学稳定性已经成为其在光催化方面的应用的一个瓶颈,如何突破这一难题,对拓展贵金
属纳米团簇在光催化方面的应用具有的重要的意义和研究价值。
发明内容
制,采用常用的有机溶剂即可,优选地,所述可选用异丙醇。
硅氧烷 (PDMS)作为贵金属纳米团簇固定剂,将金纳米团簇牢牢的包裹在半导体TiO2表面,
从能够将金属纳米团簇牢牢的固定在半导体表面,防止金属纳米团簇在半导体表面迁移,
从而有效的解决光致团聚的问题。
3+ +
的还原性,将正三价的金离子(Au )还原成正一价金(Au),生成中间产物Au‑GSH 配合物,
然后将反应转移到油浴中,加热到70℃,继续反应24h,合成棕黄色Au‑GSH溶液。
反应过程中,钛酸正四丁酯会发生一系列的水解、缩合反应,得到一种非晶态TiO2,用异丙
醇离心洗涤,在60℃的条件烘干,最后在管式炉中进行高温晶化,温度为450℃,升温速率为
5℃/min,时间是2h,得到结晶化的TiO2颗粒。
TiO2复合材料,优选地,所述结晶化TiO2和Au‑GSH最佳质量比100:1,在pH为 4的条件下,
TiO2表面带正电荷,而Au‑GSH表面带负电荷,两者可以通过静电作用结合在一起,反应24h
是确保反应充分进行。
条件下真空干燥,得到Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料。优选地,所述PDMS与 Au‑GSH@TiO2的质
量份数比为2:0.05。
移性,可以有效地提高贵金属纳米团簇光稳定性。本发明首先采用封装法将固定Au‑GSH半
导体TiO2的表面,以此来提高Au‑GSH光稳定性,Au‑GSH通过静电作用均匀的分布在TiO2表
面;其次,利用光固化法将高分子PDMS包裹Au‑GSH@TiO2,形成一层2‑3nm左右厚的膜,将Au‑
GSH牢牢的固定在TiO2表面,在Au‑GSH@TiO2表面涂覆一层高分子聚合物PDMS,利用PDMS与载
体TiO2稳定的化学键,从而将Au‑GSH固定在TiO2表面,限制了Au‑GSH 的迁移,有效的提高的
Au‑GSH光稳定性,从而有效地解决了传统金属纳米团簇光致团聚的问题。
附图说明
具体实施方式
本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明当中。本发明的方法及应
用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内
对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
色Au‑GSH溶液;所述Au‑GSH进行透射电镜扫描,其TEM图见图1,图1显示,本发明成功合成了
超小的Au‑GSH团簇,其尺寸大小为1‑3nm。
件烘干。最后,将白色的TiO2颗粒放入管式炉里进行高温晶化,温度为450℃,升温速率为5
℃/min,时间是2h,制备结晶化的光催化剂TiO2颗粒;所述TiO2颗粒进行进行透射电镜扫描,
其TEM图见图2,图2显示,本发明成功制备TiO2纳米颗粒,其颗粒大小均匀。
合材料。对所述Au‑GSH@TiO2复合材料进行透射电镜扫描,其TEM图见图3,图3显示,本发明
成功的制备了Au‑GSH@TiO2复合材料,超小的Au‑GSH团簇均匀的负载在TiO2纳米颗粒。
PDMS,并在60℃条件下真空干燥,得到最终产物Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料。将所述Au‑
GSH@TiO2@PDMS复合材料进行透射电镜扫描,其TEM图见图4,图4显示,一层透明的膜均匀的
负载在Au‑GSH@TiO2表面,说明通过紫外固化法成功的将PDMS高分子聚合物接枝到Au‑GSH@
TiO2表面,同时从Au‑GSH@TiO2与PDMS界面可以看到PDMS 层包裹着Au‑GSH团簇,从而能够有
效地将Au‑GSH固定TiO2表面。
GSH@TiO2复合材料光照后的TEM图,图5(b)Au‑GSH@TiO2@PDMS复合材料光照后的TEM图。
生团聚,生成大的金纳米颗粒。由此可见,本发明通过接枝PDMS将Au‑GSH 团簇固定在TiO2
表面,限制Au‑GSH团簇在TiO2表面移动,从而提高Au‑GSH团簇光稳定性。
视为本发明的保护范围。