CN106365465B - 一种三维二氧化钛-金-氮化碳三元材料的制备方法 - Google Patents

一种三维二氧化钛-金-氮化碳三元材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106365465B
CN106365465B CN201610743882.XA CN201610743882A CN106365465B CN 106365465 B CN106365465 B CN 106365465B CN 201610743882 A CN201610743882 A CN 201610743882A CN 106365465 B CN106365465 B CN 106365465B
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium dioxide
dimensional
nano
rod
gold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610743882.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106365465A (zh
Inventor
王衍虎
葛慎光
高超民
孔庆坤
李帅
于京华
颜梅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Jinan
Original Assignee
University of Jinan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Jinan filed Critical University of Jinan
Priority to CN201610743882.XA priority Critical patent/CN106365465B/zh
Publication of CN106365465A publication Critical patent/CN106365465A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106365465B publication Critical patent/CN106365465B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/006—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with materials of composite character
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00—Coatings on glass
    • C03C2217/40—Coatings comprising at least one inhomogeneous layer
    • C03C2217/42—Coatings comprising at least one inhomogeneous layer consisting of particles only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00—Coatings on glass
    • C03C2217/90—Other aspects of coatings
    • C03C2217/94—Transparent conductive oxide layers [TCO] being part of a multilayer coating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及制备三维二氧化钛纳米棒‑金纳米‑氮化碳三元复合纳米材料的制备方法。碳化氮作为窄禁带半导体材料能够被可见光激发，增强对可见光的吸收，金纳米不仅能够促进电子传递，而且可以具有等离子体表面共振效应，能够增强光电转换效率。本方法所制备的三维树枝状二氧化钛纳米棒‑金纳米‑氮化碳三元复合纳米材料，能够增强对可见光的吸收改善光电转换效率，在光催化和太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种三维二氧化钛-金-氮化碳三元材料的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料合成技术领域，更具体地说是一种在导电基底上制备三维树枝状二氧化钛纳米棒-金纳米-氮化碳三元复合材料的制备方法，并且改善光电性能。
背景技术
二氧化钛作为一种n型半导体材料，具有光催化性能好、稳定性高、价格便宜等优点，已经广泛应用于光电器件、太阳能电池、光催化、生物传感等领域。二氧化钛的光电性能与其形貌相关，与一维纳米材料相比，三维材料具有更大的表面积、电子传递速度快、增强光吸收效率，能够具有更好的光电响应。但二氧化钛具有3.2 eV禁带宽度，导致二氧化锑只能吸收紫外光，这限制了二氧化钛的广泛应用。染料敏化、半导体复合、掺杂、表面等离子体共振等方法已经被用来改善二氧化钛对可见光的响应，增强光电效率。
二氧化钛与窄禁带半导体复合形成异质结构，不仅能够促进电荷的分离而且能提高对可见光吸收效率。氮化碳作为一种窄禁带半导体材料，具有良好的化学稳定性，可以与二氧化钛复合改善其光电转换效率。然而，半导体异质结构之间存在电子传递慢，电子空穴容易复合等缺点，又限制了光电转换效率的提高。因此，加快异质结构界面之间电子传递的速度，降低电子空穴复合，能够进一步改善光电转换效率。金纳米颗粒具有良好的光学性能，同时具有良好的导电性，能够吸收特定波长的光，产生表面等离子体共振效应，与半导体材料复合能够极大地改善对可见光的吸收，增强光电转换效率。
发明内容
本发明提供了一种在导电基体上制备三维树枝状二氧化钛纳米棒-金纳米-氮化碳三元复合纳米材料的方法，三维树枝状二氧化钛相比零维、一维、二维二氧化钛，具有更大的表面积，同时能够提高电子传递速率，碳化氮能够增加对可见光的吸收，金纳米颗粒不仅可以促进电子从氮化碳向三维树枝状二氧化钛纳米棒传递，同时具有等离子体表面共振效率，吸收特定波长的光产生热电子，增强光电效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种在导电基体上制备三维树枝状二氧化钛纳米棒-金纳米-氮化碳三元复合纳米材料改善光电性能的方法，该三元复合材料的制备方法为：
（1）利用导电玻璃作为基底（1 cm宽，5 cm长），利用水热法在导电玻璃表面合成三维树枝状的二氧化钛纳米棒；
（2）在三维树枝状二氧化钛纳米棒表面修饰一层金纳米颗粒；
（3）在金纳米修饰的三维树枝状二氧化钛纳米棒表面修饰一层氮化碳。
本发明所述的导电玻璃为氟掺杂氧化锡导电玻璃（FTO）。
本发明所述三维树枝状二氧化钛纳米棒的制备过程如下：首先将FTO导电玻璃切割成1 cm宽、5 cm长大小，分别用丙酮、乙醇和二次水超声清洗10 min，配置40 mL 6 M HCl溶液磁力搅拌10 min，随后加入0.8 mL钛酸四丁酯原液继续搅拌30 min，将4片FTO导电面向下放入50 mL高压釜内衬中，将上述制备的混合溶液转入高压釜内衬，将高压釜拧紧，放入预先升温至150 ℃的烘箱中反应4 h，反应完毕，将高压釜冷却至室温，取出FTO用二次水冲洗，即得到二氧化钛纳米棒；随后将1 mL 6 M HCl加入40 mL二次水中搅拌10 min，然后加入0.5 mL三氯化钛溶液继续搅拌10 min，将上述制备的含有二氧化钛纳米棒FTO导电面向下置于上述溶液中，用保鲜膜封口，置入80 ℃烘箱中反应40 min，反应完毕取出用二次水冲洗，置于450 ℃马弗炉中煅烧1 h，升温速率5 ℃/min，即可得到三维树枝状二氧化钛纳米棒。
本发明所述金纳米修饰三维树枝状二氧化钛纳米棒的制备过程如下：首先制备10mM HAuCl4水溶液，然后用10 mM的NaOH溶液调节HAuCl4 pH至4.5，随后将制备的三维树枝状二氧化钛纳米棒FTO进入该溶液3 h，然后用二次水冲洗，将上述FTO导电面向上至于马弗炉中，450℃下煅烧2 h，升温速率为10℃/min。反应完毕后即可得到金纳米修饰三维树枝状二氧化钛纳米棒。
本发明所述三维树枝状二氧化钛纳米棒-金纳米-氮化碳三元复合纳米材料制备过程如下：首先将5 g尿素溶于50 mL二次水中超声10 min，然后将制备得到的金纳米修饰三维树枝状二氧化钛纳米棒浸入该溶液中24 h，随后二次水冲洗，导电面向上至于马弗炉中500x ℃下煅烧30 min，升温速率为5℃/min。反应完毕后即可得到三维树枝状二氧化钛纳米棒-金纳米-氮化碳三元复合纳米材料。
本发明的有益效果：
（1）合成三维树枝状二氧化钛纳米棒，相比其他二氧化钛材料具有更大的表面积，有利于改善光吸收；
（2）三维树枝状二氧化钛纳米棒表面修饰氮化碳能够改善对可见光吸收；
（3）金纳米能够加速电子从氮化碳向二氧化钛传递，同时金纳米表面等离子体共振效应能够增强光电转换效率。
说明书附图
下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步详细描述
图1为该三维树枝状二氧化钛纳米棒-金纳米-氮化碳三元复合纳米材料制备方法示意图。
具体实施方式
三维树枝状二氧化钛纳米棒-金纳米-氮化碳三元复合纳米材料制备方法
（1）三维树枝状二氧化钛纳米棒的制备：首先将FTO导电玻璃切割成1 cm宽、5 cm长大小，依次用丙酮、乙醇以及二次水超声清洗10 min，清洗完毕后用氮气干燥，配置40 mL6 M的HCl溶液磁力搅拌10 min，随后加入0.8 mL钛酸四丁酯原液继续搅拌30 min，将4片FTO导电面向下放入50 mL高压釜内衬中，将上述制备的混合溶液转入高压釜内衬，将高压釜拧紧，放入预先升温至150 ℃的烘箱中反应4 h，反应完毕，将高压釜冷却至室温，取出FTO用二次水冲洗，即得到二氧化钛纳米棒；随后将1 mL 6 M HCl加入40 mL二次水中搅拌10 min，然后加入0.5 mL三氯化钛溶液继续搅拌10 min，将上述制备的含有二氧化钛纳米棒FTO导电面向下置于上述溶液中，用保鲜膜封口，置入80 ℃烘箱中反应40 min，反应完毕取出用二次水冲洗，置于450 ℃马弗炉中煅烧1 h，升温速率5 ℃/min，即可得到三维树枝状二氧化钛纳米棒。
（2）金纳米修饰三维树枝状二氧化钛纳米棒的制备：首先制备10 mM HAuCl4水溶液，然后用10 mM的NaOH溶液调节HAuCl4 pH至4.5，随后将制备的三维树枝状二氧化钛纳米棒FTO进入该溶液3 h，然后用二次水冲洗，将上述FTO导电面向上至于马弗炉中，450℃下煅烧2 h，升温速率为10℃/min。反应完毕后即可得到金纳米修饰三维树枝状二氧化钛纳米棒。
（3）三维树枝状二氧化钛纳米棒-金纳米-氮化碳三元复合纳米材料制备过程如下：首先将5 g尿素溶于50 mL二次水中超声10 min，然后将制备得到的金纳米修饰三维树枝状二氧化钛纳米棒浸入该溶液中24 h，随后二次水冲洗，导电面向上至于马弗炉中500x℃下煅烧30 min，升温速率为5℃/min。反应完毕后即可得到三维树枝状二氧化钛纳米棒-金纳米-氮化碳三元复合纳米材料。
将所制得的样品进行SEM、XRD以及紫外分析，所用扫描电子显微镜型号为FEIQUANTA 3D FESEM，XRD粉末衍射仪型号为Rigaku DMAX-RB, Japan CuKα，紫外分光光度计型号为Varian Cary 5000。

Claims (2)

1.一种三维树枝状二氧化钛-金-氮化碳三元材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）利用氟掺杂氧化锡FTO导电玻璃作为基底，尺寸为1 cm宽、5 cm长，利用水热法在氟掺杂氧化锡FTO导电玻璃表面合成三维树枝状的二氧化钛纳米棒；
（2）在三维树枝状二氧化钛纳米棒表面修饰一层金纳米颗粒，首先制备10 mM HAuCl4水溶液，然后用10 mM的NaOH溶液调节HAuCl4 水溶液pH至4.5，随后将生长有三维树枝状二氧化钛纳米棒的氟掺杂氧化锡FTO导电玻璃浸入该溶液3 h，然后用二次水冲洗，将上述氟掺杂氧化锡FTO导电玻璃导电面向上置于马弗炉中，450℃下煅烧2 h，升温速率为10℃/min，反应完毕后即可得到金纳米颗粒修饰的三维树枝状二氧化钛纳米棒；
（3）在金纳米颗粒修饰的三维树枝状二氧化钛纳米棒表面修饰一层氮化碳，首先将5 g尿素溶于50 mL二次水中超声10 min，然后将制备得到的金纳米颗粒修饰三维树枝状二氧化钛纳米棒浸入该溶液中24 h，随后二次水冲洗，导电面向上置于马弗炉中500 ℃下煅烧30 min，升温速率为5℃/min，反应完毕后即可得到三维树枝状二氧化钛-金-氮化碳三元材料。
2.根据权利要求1所述的一种三维树枝状二氧化钛-金-氮化碳三元材料的制备方法，所述合成三维树枝状二氧化钛纳米棒包括，首先将氟掺杂氧化锡FTO导电玻璃切割成1 cm宽、5 cm长，分别用丙酮、乙醇和二次水超声清洗10 min，配置40 mL 6 M HCl溶液磁力搅拌10 min，随后加入0.8 mL钛酸四丁酯原液继续搅拌30 min，然后转入高压釜内衬中，将4片氟掺杂氧化锡FTO导电玻璃导电面向下放入50 mL高压釜内衬中，将高压釜拧紧，放入预先升温至150 ℃的烘箱中反应4 h，反应完毕，将高压釜冷却至室温，取出氟掺杂氧化锡FTO导电玻璃用二次水冲洗，得到二氧化钛纳米棒；然后将1 mL 6 M HCl加入40 mL二次水中搅拌10 min，然后加入0.5 mL三氯化钛溶液继续搅拌10 min，将上述制备的含有二氧化钛纳米棒的氟掺杂氧化锡FTO导电玻璃导电面向下置于上述溶液中，用保鲜膜封口，置入80 ℃烘箱中反应40 min，反应完毕取出用二次水冲洗，置于450 ℃马弗炉中煅烧1 h，升温速率5℃/min，即可得到三维树枝状二氧化钛纳米棒。
CN201610743882.XA 2016-08-29 2016-08-29 一种三维二氧化钛-金-氮化碳三元材料的制备方法 Expired - Fee Related CN106365465B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610743882.XA CN106365465B (zh) 2016-08-29 2016-08-29 一种三维二氧化钛-金-氮化碳三元材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610743882.XA CN106365465B (zh) 2016-08-29 2016-08-29 一种三维二氧化钛-金-氮化碳三元材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106365465A CN106365465A (zh) 2017-02-01
CN106365465B true CN106365465B (zh) 2019-08-06

Family

ID=57903659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610743882.XA Expired - Fee Related CN106365465B (zh) 2016-08-29 2016-08-29 一种三维二氧化钛-金-氮化碳三元材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106365465B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107973341A (zh) * 2017-06-21 2018-05-01 济南大学 一种三维二氧化钛纳米材料的制备方法
CN107475745B (zh) * 2017-08-23 2018-12-25 黄河科技学院 一种金修饰的磷掺杂氮化碳复合材料修饰二氧化钛光电极、其制备方法及应用
CN108845119A (zh) * 2018-04-13 2018-11-20 济南大学 一种基于载流子双向调控策略的光致电化学免疫传感器的构建方法
CN108993572A (zh) * 2018-08-09 2018-12-14 中国地质大学（北京） 一种铁掺杂三氧化钨-氮化碳复合薄膜的制备方法
CN109292733B (zh) * 2018-09-20 2019-09-20 济南大学 柔性纸基铂纳米粒子-多枝二氧化钛纳米管复合物的制备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103354283A (zh) * 2013-06-27 2013-10-16 天津大学 金纳米粒子修饰树枝状二氧化钛纳米棒阵列电极及其制备方法和光电解水制氢应用
CN104399457A (zh) * 2014-12-26 2015-03-11 中国科学院广州地球化学研究所 一种Au/TiO2/CFP三元复合纳米光催化剂及其制备方法与应用
CN104677892A (zh) * 2015-03-27 2015-06-03 济南大学 一种基于负载石墨相氮化碳电化学发光生物传感界面的制备方法及应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103354283A (zh) * 2013-06-27 2013-10-16 天津大学 金纳米粒子修饰树枝状二氧化钛纳米棒阵列电极及其制备方法和光电解水制氢应用
CN104399457A (zh) * 2014-12-26 2015-03-11 中国科学院广州地球化学研究所 一种Au/TiO2/CFP三元复合纳米光催化剂及其制备方法与应用
CN104677892A (zh) * 2015-03-27 2015-06-03 济南大学 一种基于负载石墨相氮化碳电化学发光生物传感界面的制备方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN106365465A (zh) 2017-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106365465B (zh) 一种三维二氧化钛-金-氮化碳三元材料的制备方法
CN101560059B (zh) 掺铝氧化锌涂膜和纳米棒阵列材料及其制备方法
CN100383049C (zh) 水热分解生长纳米棒型氧化锌的方法
CN100455508C (zh) 一种制备金属硫化物包覆碳纳米管的方法
CN106987857B (zh) 单层金属结构二硫化钼/氧化还原石墨烯复合物及其制备方法
Kim et al. Solution-processed n-ZnO nanorod/p-Co3O4 nanoplate heterojunction light-emitting diode
CN104311142B (zh) 一种垂直生长TiO2纳米片及其制备方法
CN104498897B (zh) 一种碳化硅薄膜的制备方法
CN105618153B (zh) 一种基于层级组装的硅‑二氧化钛‑聚吡咯三维仿生复合材料及应用
CN108328646A (zh) 一种制备三维花状氧化锌-硫化镉异质结纳米材料的方法
CN102408124A (zh) 一种基于氧化锌纳米棒阵列制备氧化锌纳米片的方法
CN103058265B (zh) 一种高比表面积介孔纳米片状氧化锌粉体的制备方法
CN103274443A (zh) 一种四角树叶状Cu2O-ZnO复合纳米结构半导体材料及其制备方法
CN110280273A (zh) 一种AuPd/ZnIn2S4复合纳米片材料的制备方法
CN107983327A (zh) 一种提高ZnO纳米棒阵列光催化性能的方法
Li et al. Comprehensive studies of the hydrothermal growth of ZnO nanocrystals on the surface of bamboo
CN104264131A (zh) 一种在ZnO纳米线阵列上生长的纤维状ZnO纳米线及其制备方法
CN103296141A (zh) 一种枝状异质结纳米线阵列结构材料的制备方法
CN110010769A (zh) 一种取向生长有机无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法
CN102786078A (zh) 一种羟基氧化镓纳米晶体的制备方法
Chang et al. Synthesis of interface-driven tunable bandgap metal oxides
CN103342396B (zh) 一种微波液相合成类石墨烯二维氢氧化镍纳米材料的方法
CN103833080B (zh) 一种钼酸镉多孔球的制备方法
CN104003379B (zh) 一种石墨烯量子点的制备方法
CN102013327B (zh) 氟离子掺杂的氧化锌多孔棱柱阵列薄膜及其制备和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190806

Termination date: 20200829