Au纳米粒子大小对Au_TiO_2薄膜光催化活性的影响_甘玉琴

石油化工PETROCHEMICALTECHNOLOGY2005年第34卷第6期环境与化工[收稿日期]2004-12-25;[修改稿日期]2005-01-11。[作者简介]甘玉琴(1983-),女,安徽省太湖县人,硕士生,电话0512-65112645。联系人:杜玉扣,电邮duyk@suda.edu.cn。[基金项目]国家自然科学基金资助项目(90207026);江苏省教委自然科学基金资助项目(04KJB150120)。Au纳米粒子大小对Au/TOi2薄膜光催化活性的影响甘玉琴,邹翠娥,杨平,华南平,石恩娴,杜玉扣(苏州大学化学化工学院,江苏苏州215006)[摘要]用混合-超声分散方法制备了3种负载不同粒径Au纳米粒子的TiO2薄膜。利用透射电镜测定Au纳米粒子的粒径,用紫外-可见光谱和测量光电流方法对Au/TiO2薄膜进行表征,以亚甲基蓝降解反应评价Au/TiO2薄膜的光催化活性,讨论Au纳米粒子的大小对Au/TiO2薄膜光催化活性的影响。实验结果表明,与纯的TiO2薄膜相比,负载不同粒径Au纳米粒子的TiO2薄膜的光电流和光催化活性均有不同程度的提高。负载平均粒径约8nm的Au粒子的TiO2薄膜电极具有最大的光电流(光电流为38μA,是纯TiO2薄膜电极的2.2倍)和最高的光催化活性(3h后对亚甲基蓝的降解率达到92%,是纯TiO2薄膜的1.5倍)。[关键词]金纳米粒子;二氧化钛;薄膜;光催化;亚甲基蓝;光电流[文章编号]1000-8144(2005)06-0578-04[中图分类号]TQ426.8[文献标识码]A光催化反应可将有机污染物彻底降解成二氧化碳、水或其它无机物,且反应一般在常温下即可进行,因而作为一种有应用前景的技术而受到广泛关注[1]。TiO2光催化剂因具有稳定、无毒的优点而被广泛使用,但较低的光量子效率和较慢的反应速率限制了TiO2光催化技术的实际应用[2]。研究结果表明,光生载流子的迁移、捕获及复合之间的竞争决定了光催化反应量子效率的高低及反应速率的快慢。贵金属-氧化物复合体系因具有特殊的接触界面结构及化学和电子性质而在催化反应中广为应用。在TiO2光催化体系中引入贵金属后,贵金属作为光生电子的接收器,可促进复合系统界面载流子的运输,使光生电子在金属表面积累,而空穴则留在TiO2表面,降低了光生电子-空穴的复合率,提高了催化剂的催化活性[3]。目前研究较多的贵金属主要有Ag[4,5],Pt[6～8],Au[9～11]。Wolfgang等[4]研究了负载Ag对TiO2光催化氢化丙烯醛的影响;Wang等[6]研究了沉积Pt对氧化甲醇生成甲醛产率的影响;Bamwenda等[9]研究了TiO2-Au及TiO2-Pt催化剂的制备方法对氢气生成速率的影响;Subramanian等[10]研究了Au/TiO2催化剂中Au的负载量对薄膜的催化活性和光电性质的影响。但Au粒子的大小对Au/TiO2薄膜的光催化活性及光电性质的影响还未见报道。本工作利用化学还原法制备了3种不同粒径的Au纳米粒子,再通过混合-超声分散的方法得到3种负载不同粒径Au纳米粒子的Au/TiO2薄膜,用亚甲基蓝的降解反应评价其光催化活性,探讨了Au纳米粒子的大小对Au/TiO2薄膜的光电性质和光催化活性的影响。1实验部分1.1Au溶胶的制备分别采用3种化学还原法制备含不同粒径Au纳米粒子的Au溶胶:(1)将一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于HAuCl4溶液中,混合均匀。在剧烈搅拌下滴入新鲜配制的NaBH4溶液(n(PVP)∶n(HAuCl4)∶n(NaBH4)=15∶1∶15),继续搅拌3h,得到红色透明的Au溶胶,记为Au(Ⅰ)[12]。(2)将一定量的巯基丙酸(MPA)溶液移入NaBH4溶液中,在剧烈搅拌下滴入HAuCl4溶液中(n(MPA)∶n(HAuCl4)∶n(NaBH4)=2∶1∶15),继续搅拌3h,得到棕红色透明的Au溶胶,记为Au(Ⅱ)[13]。(3)将一定量质量分数为0.01%的HAuCl4溶液加热至沸腾,在剧烈搅拌下迅速加入一定量质量分数为1%的柠檬酸钠溶液,保持沸腾15min,关闭热源,继续搅拌至室温,得到橙红色透明的Au溶胶,记为Au(Ⅲ)[14]。1.2TOi2溶胶和Au/TOi2薄膜的制备用溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶:将1mL的Ti(OBu)4溶于20mL异丙醇中,在剧烈搅拌下滴入578第6期甘玉琴等.Au纳米粒子大小对Au/TiO2薄膜光催化活性的影响50mLPVP的水溶液(用1mol/LHNO3调节溶液的酸碱度至pH≈1.5)中,继续搅拌6h,得无色透明的TiO2溶胶。将一定量的Au溶胶与TiO2溶胶混合(w(Au)=1%),再进行超声分散,得到负载不同粒径Au纳米粒子的TiO2溶胶。采用浸渍-提拉法制备Au/Ti