一种聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料
阅读说明：本技术 一种聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料 (Polypyrrole-cerium dioxide-gold composite nano material ) 是由 祝琳 张彦 吕雪 梅雪娜 王志杰 张乐陶 郑可心 于 2020-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料。首先制备金纳米颗粒,将带负电的金胶体溶液与L-精氨酸和硝酸铈混合,L-精氨酸的胍基、羧基分别连接金及Ce<Sup>3+</Sup>,加热条件下获得二氧化铈-金复合纳米材料,二者互相掺杂后可提高二氧化铈的催化能力及金纳米颗粒的稳定性,利用原位聚合法在二氧化铈表面修饰聚吡咯,增加材料导电性、吸收可见光的范围。本发明所述的聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料稳定性好,制备方法操作简单,对可见光的吸收范围较宽,具有优异的光催化性能,应用前景良好。(The invention discloses a polypyrrole-cerium dioxide-gold composite nano material. Firstly, preparing gold nanoparticles, mixing a gold colloid solution with negative electricity with L-arginine and cerium nitrate, wherein guanidino and carboxyl of the L-arginine are respectively connected with gold and Ce 3+ The cerium dioxide-gold composite nano material is obtained under the heating condition, the catalytic capability of the cerium dioxide and the stability of the gold nano particles can be improved after the cerium dioxide-gold composite nano material and the cerium dioxide are mutually doped, and polypyrrole is modified on the surface of the cerium dioxide by utilizing an in-situ polymerization method, so that the conductivity of the material is increased, and the range of absorbing visible light is widened. The polypyrrole-cerium dioxide-gold composite nanomaterial disclosed by the invention is good in stability, simple in preparation method operation, wide in visible light absorption range, excellent in photocatalytic performance and good in application prospect.)
技术领域
本发明涉及一种聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料，属于复合纳米材料的制备领域。
背景技术
光催化氧化还原反应作为一种绿色、可持续的催化技术，在解决环境污染和能源危机方面具有巨大的潜力，光催化剂的效率和稳定性是影响光催化性能的关键因素。二氧化铈是一种重要的n型宽带隙半导体，由于其具有丰富的氧空位、储氧能力高、化学/光化学稳定性好等优点被用作光催化剂，己在光催化降解污染物、分解水产氢和有机合成等方面得到了广泛的研究。然而二氧化铈的带隙能量较宽，只能利用紫外光区的能量，限制了二氧化铈催化剂的发展。目前，通过利用具有等离子体特性的金纳米颗粒与宽带隙半导体二氧化铈复合，有利于核壳纳米晶面间进行电荷转移，从而实现二氧化铈对可见光的吸收。
另外，金纳米颗粒作为已被广泛利用的催化剂，易团聚失活是制约其发展的重要因素之一，二氧化铈可作为金纳米颗粒的载体，在半导体材料上实现超小尺寸的金异质结构。二氧化铈-金复合纳米结构可以提高金纳米材料的稳定、分散性，有利于电子-空穴对分离，且二者间具有协同作用可提高催化性能。
目前，聚吡咯在光催化领域得到广泛关注，其具有带隙小、化学稳定性好、导电性好、价格低廉、对环境友好等优点，不仅有益于电荷传递、电子-空穴对分离，而且基于Π电子共轭体系，聚吡咯具有可见光光催化活性。因此，结合二氧化铈、金纳米颗粒、聚吡咯的综合优势，制备一种聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料，可以极大地提高此复合材料的光催化效率，更好满足绿色高效的生产技术要求。
发明内容
针对目前存在的问题，本发明提供一种聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料，具体包括如下步骤：
(1) 将还原剂溶液与氯金酸溶液混合，获得金胶体溶液；
(2) 将0.085 g的L-精氨酸加入10 mL超纯水中，超声混匀得到L-精氨酸溶液；
(3) 将0.0035 g硝酸铈溶解在20~40 mL体积分数50%的乙醇水溶液中，加入1~5 mL已制备的金胶体溶液，在室温下将10 mL已准备好的L-精氨酸溶液逐滴加入其中；此混合溶液在磁力搅拌作用下于80 ℃加热反应2~4小时后，以12000转/分钟转速条件下离心15分钟，去除上清液，随后用丙酮洗涤数次，得到二氧化铈-金复合纳米颗粒；
(4) 称取500 mg已制备的二氧化铈-金复合纳米颗粒分散于10 mL超纯水中，快速加入50 μL吡咯，磁力搅拌30分钟后将10 mL的10 mg/mL的氯化铁溶液逐滴加入上述混合溶液中，持续搅拌12小时，继续室温静置8小时后，以10000转/分钟转速下离心15分钟，去除上清液，用乙醇和超纯水洗涤数次，于60 ℃烘箱中干燥24小时，得到聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料。
本发明所述的制备金胶体溶液所用还原剂为柠檬酸钠或硼氢化钠或L-甲硫氨酸。
本发明的有益效果：
1. 聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料粒径约为50 nm，比表面积大可以暴露更多的催化活性位点，有利于提高光催化活性。
2. 聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料结合三种材料优异的催化性能，比表面积大，导电性好，对可见光吸收范围宽，有效增强聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料的光催化性能，极大地提高金纳米颗粒及二氧化铈的稳定性。
3. 本公开一种聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料，合成方法简单、环境友好、重复性好、稳定性好、催化效率高，具有规模生产的价值，在光催化领域具有优异的应用潜力。
附图说明
图1为所制得的聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料的扫描电镜图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
(1) 将80 mL超纯水加热至90 ℃，加入0.8 mL质量分数为1%的氯金酸溶液，继续加热至96 ℃保持1分钟，最后加入2.8 mL质量分数为1%的柠檬酸钠，加热15分钟，得到酒红色的金胶体溶液；
(2) 将0.085 g的L-精氨酸加入10 mL超纯水中，超声混匀得到L-精氨酸溶液；
(3) 将0.0035 g硝酸铈溶解在20~40 mL体积分数50%的乙醇水溶液中，加入1~5 mL已制备的金胶体溶液，在室温下将10 mL的L-精氨酸溶液逐滴加入其中；此混合溶液在磁力搅拌作用下于80 ℃加热反应2~4小时后，以12000转/分钟转速条件下离心15分钟，去除上清液，随后用丙酮洗涤数次，得到二氧化铈-金复合纳米颗粒；
(4) 称取500 mg已制备的二氧化铈-金复合纳米颗粒分散于10 mL超纯水中，快速加入50 μL吡咯，磁力搅拌30分钟后将10 mL的10 mg/mL的氯化铁溶液逐滴加入上述混合溶液中，持续搅拌12小时，继续室温静置8小时后，以10000转/分钟转速下离心15分钟，去除上清液，用乙醇和超纯水洗涤数次，于60 ℃烘箱中干燥24h，得到聚吡咯-二氧化铈-金复合纳米材料。
实施例2
制备步骤同例1，不同之处是：步骤(1)中金胶体溶液的合成方法为：将0.5 mL质量分数为1%的氯金酸溶液加入25~45 mL超纯水中，磁力搅拌作用下反应5分钟，期间缓慢加入0.8mL质量分数为1%硼氢化钠溶液，室温下将混合溶液在黑暗中连续搅拌1小时，得到酒红色的金胶体溶液。
实施例3
制备步骤同例1，不同之处是：步骤(1)中金胶体溶液的合成方法为：将0.0060 g的L-甲硫氨酸、0.8 mL质量分数为1%的氯金酸溶液及0.6 mL的0.5 M氢氧化钠溶液加入3.6 mL超纯水中，在37 ℃条件下磁力搅拌反应6小时，随后加入0.5 mL的1 M硫酸溶液，以6000转/分钟转速条件下离心2分钟去除上清液，用0.1 M的硫酸溶液洗涤数次，将5 mL质量分数为1.4%氨水加入沉淀物中，在70 ℃条件下磁力搅拌反应30分钟，得到黄色的金胶体溶液，在4℃黑暗条件下保存备用。