一种β-CD-AuNS@TiO2复合光催化剂的制备及其应用的制作方法

一种
β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化剂的制备及其应用
技术领域
1.本发明涉及有机
‑
无机纳米复合材料领域，涉及一种β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化剂的制备及其应用。


背景技术：

2.现如今人们的生活质量越来越高，也带来了许多的问题，全球环境污染、能源危机、人类疾病困扰都是人类要长期要解决的问题。纳米技术作为二十一世纪被认为是最重要的科学技术之一，对解决人类面临的问题具有极大的优越性。
3.核壳结构纳米复合材料已经成为纳米科学技术中一个重要的研究领域。这种复合结构和组成促成了新颖的、意义重大的物理学、化学及其生物学性质。光的控制使用在纳米材料的等离子体应用上得到了提升，从能源利用到人类健康。各种各样的性质的利用体现在不同的研究领域上，医疗医药领域、环境保护、能源开发利用等等。
4.光催化降解污染物因具有低成本、高效性等优点而备受科研工作者的关注。tio2具有化学性质稳定、无毒、无污染、活性高等优点而被广泛应用于光催化降解污染物。但tio2因禁带(3.2 ev)宽度较宽、对太阳光的利用效率较低及光生电子
‑
空穴易于复合等弊端严重制约了其光催化活性。研究表明,通过金属与非金属掺杂等方法能有效改善tio2的光催化活性。用各向异性的auns修饰tio2可有效提高其光催化活性，这是因为auns尖峰周围局部能够产生极大的电磁场,能够有效增加auns与tio2界面的热电子数量，此外,由于auns的等离子体作用，能够将二氧化钛的吸收光谱拓展到可见光区域。
5.超分子化学是基于分子间非共价键相互作用而形成的分子聚集体化学，其中，大环主体分子及其主客体识别是超分子化学研究的基础和重要组成部分。β
‑
cd是一种具有内疏水、外亲水的独特空腔结构的环状寡糖。这种独特的分子空腔结构可以使许多大小匹配、极性相近的有机分子进入腔内形成宿主
‑
客体包合复合物。将超分子化学中的主客体特异性识别引入到选择性光催化领域，将其与纳米粒子相结合，具有独特的优势和广阔的应用前景。


技术实现要素：

6.本发明是要解决tio2禁带(3.2 ev)宽度较宽、对太阳光的利用效率较低及光生电子
‑
空穴易于复合，传统的二氧化钛纳米粒子对污染物的吸附性差的问题，提供一种β
‑
环糊精
‑
金纳米星@二氧化钛复合光催化材料的制备方法及其应用。
7.本发明一种β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、将通过种子生长法制备的金纳米粒子用去离子水洗涤并烘干，加入十六烷基三甲基溴化铵（ctab）和naoh溶液。在剧烈的搅拌下逐滴分批次滴加用甲醇（meoh）配置的双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯（tdb）的钛源溶液，并洗涤烘干得到样品auns@tio2；二、将大环超分子β
‑
cd溶于dmf中，超声分散，转移至在磁力搅拌器上剧烈搅拌，再
加入样品auns@tio2；三、将步骤二得到的溶液搅拌后装入不锈钢反应釜中，放入一定温度的烘箱内恒温加热24
‑
36 h，逐步程序降温至室温。分别用水、dmf和无水乙醇洗涤并烘干，即得到β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化材料。
8.进一步的，步骤一所述的ctab为0.0003
‑
0.0005 mol、naoh为0.8
‑
0.1 mol。
9.进一步的，步骤一中所述钛源溶液为v
tdb
：v
meoh = 1：100加入400
‑
500 μl。
10.进一步的，步骤一中所述的ph值为9
‑
10。
11.进一步的，步骤二中所述的搅拌时间为2
‑
4 h。
12.进一步的，步骤三中所述的超声时间为10
‑
20 min。
13.进一步的，步骤三中所述的一定温度为160
‑
200℃。
14.进一步的，步骤三中所述程序降温速率为10~20℃每小时。
15.一种β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化剂的应用,其特征在于，该应用为在光催化降解羟基污染物的应用，具体操作包括如下步骤：1）光催化剂样品与污染物相结合，转移到黑暗条件下反应半小时。2）置于氙灯作为光源的可见光下，对其进行照射，每隔20 min取一次样品，用uv
‑
vis记录样品的降解情况。
16.进一步的，羟基污染物为双酚a、双酚s、苯酚、2,4
‑
二氯苯酚、羟基苯甲酸、硝基苯、扑热息痛、抗坏血酸、安息香等物质。
17.本发明的有益效果：本发明方法以双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯为钛源，改善了传统钛源易水解水解问题，用auns修饰tio2可有效提高其光催化活性,这是因为各向异性的auns尖峰周围局部能够产生极大的电磁场,能够有效增加auns与tio2界面的热电子数量,此外,由于auns的等离子体作用,能够将tio2的吸收光谱拓展到可见光区域，提高tio2的光催化活性，可以利用本发明的光催化性质在可见光下催化降解双酚a。
18.本发明将auns与tio2与壳核结构的方式相结合，不仅可以保留auns的可见光的吸收，还可以防止金纳米粒子团聚，防止金纳米粒子流失浪费。此结构特点在光催化应用中具有很好的实用性和在广阔的应用前景。
19.本发明将超分子主客体特异性识别与等离子体光催化材料相结合同时用于解决光催化的选择性和可见光响应的问题，提高污染物的选择性光催化效率，实现不易被吸附的污染物低浓度、高效、可见光特别是太阳光下、特异性吸附降解，设计合成光催化材料，具有重要现实意义和应用特色。
20.本方法所制备的一种β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化剂具有尺寸均一、分散性好、不易团聚的特点，其原料廉价易得、合成方法简单易操作、制得的产品光催化性能优越，具有广泛的应用前景。
附图说明
21.图1是实施例1制备的β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化材料的紫外吸收光谱图；图2是实施例1制备的β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化材料的的红外光谱图；图3是实施例1制备的β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化材料的光催化降解双酚a的曲线图。
具体实施方式
22.实施例1：一、将通过种子生长法制备的金纳米粒子用去离子水洗涤并烘干，加入ctab（0.03 m）和naoh（0.1 m）溶液，使ph值为9。在剧烈的搅拌下逐滴分批次滴加逐滴分批次滴加用甲醇配制的tdb溶液（v
tdb
：v
meoh
= 1：100，500 μl），并洗涤烘干得到样品auns@tio2；二、将大环超分子β
‑
cd溶于dmf中，超声15 min分散，转移至在磁力搅拌器上剧烈搅拌2 h，再加入样品auns@tio2；三、将步骤二得到的溶液搅拌后装入不锈钢反应釜中，放入180℃的烘箱内恒温加热24 h，逐步程序降温至室温，速率为每小时10℃。分别用水、dmf和无水乙醇洗涤并烘干，即得到β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化材料。
23.将步骤三所得的复合光催化剂与10 mg
•
l
‑1的双酚a相结合，转移到黑暗条件下反应半小时；置于氙灯作为光源的可见光下，对其进行照射，每隔20 min取一次样品，用uv
‑
vis记录样品的降解情况。
24.实施例2：一、将通过种子生长法制备的金纳米粒子用去离子水洗涤并烘干，加入ctab（0.03 m）和naoh（0.1 m）溶液，使ph值为10。在剧烈的搅拌下逐滴分批次滴加逐滴分批次滴加用甲醇配制的tdb溶液（v
tdb
：v
meoh = 1：100，500 μl），并洗涤烘干得到样品auns@tio2；二、将大环超分子β
‑
cd溶于dmf中，超声20 min分散，转移至在磁力搅拌器上剧烈搅拌4 h，再加入样品auns@tio2；三、将步骤二得到的溶液搅拌后装入不锈钢反应釜中，放入180℃的烘箱内恒温加热36 h，逐步程序降温至室温，速率为每小时10℃。分别用水、dmf和无水乙醇洗涤并烘干，即得到β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化材料。
25.将步骤三所得的复合光催化剂与10 mg
•
l
‑1的苯酚相结合，转移到黑暗条件下反应半小时；置于氙灯作为光源的可见光下，对其进行照射，每隔20 min取一次样品，用uv
‑
vis记录样品的降解情况。
26.实施例3：一、将通过种子生长法制备的金纳米粒子用去离子水洗涤并烘干，加入ctab（0.03 m）和naoh（0.1 m）溶液，使ph值为9。在剧烈的搅拌下逐滴分批次滴加逐滴分批次滴加用甲醇配制的tdb溶液（v
tdb
：v
meoh
= 1：100，400 μl），并洗涤烘干得到样品auns@tio2；二、将大环超分子β
‑
cd溶于dmf中，超声10 min分散，转移至在磁力搅拌器上剧烈搅拌2 h，再加入样品auns@tio2；三、将步骤二得到的溶液搅拌后装入不锈钢反应釜中，放入180℃的烘箱内恒温加热30 h，逐步程序降温至室温，速率为每小时20℃。分别用水、dmf和无水乙醇洗涤并烘干，即得到β
‑
cd
‑
auns@tio2复合光催化材料。
27.将步骤三所得的复合光催化剂与10 mg
•
l
‑1的安息香相结合，转移到黑暗条件下反应半小时；置于氙灯作为光源的可见光下，对其进行照射，每隔20 min取一次样品，用uv
‑
vis记录样品的降解情况。