金掺杂TiO2纳米管的形成机制示意图
纳米结构材料由于其独特的物理化学性能而备受人们关注. 在催化、非线性光学器件、气敏元件和太阳能电池等领域具有广泛应用价值的纳米TiO2是当前研究热点之一. 掺杂贵金属可以显著改善和提高TiO2的性能, 如Au-TiO2体系所表现出的良好催化性能. 文献报道: 5nm以下的金纳米粒子具有好的催化活性, 但要在载体上控制金颗粒的尺寸和分散度是很不易的, 而适宜载体和金粒子的高度分散对于其功能的实现至关重要. 通过简单的水热处理可以得到高比表面的TiO2纳米管, 但是具有高催化潜能的金搀杂TiO2纳米管的制备目前未见报道.
南开大学化学系黄唯平等人制备表征了金掺杂的TiO2纳米管. 认为金掺杂TiO2纳米管的生长过程如图所示.首先CTAB包裹的金纳米粒子和TiO2粉末均匀分散在NaOH水溶液中, 在水热处理过程中,TiO2晶片从粉末上剥离下来.由于结构均匀的晶片比表面大而成为均匀吸附金粒子的活性中心, 而且金粒子在TiO2晶片上的沉积也阻止了金粒子的团聚. 依照卷曲机理, 进一步的水热处理导致吸附有金粒子的TiO2晶片卷曲,最后得到金粒子均匀分散的TiO2纳米管.由于纳米管的层间距比金粒子尺寸小得多,因此层间不应有金粒子存在.但是从纳米管的缺陷可以推断, 附着于TiO2晶片上的金粒子可能对纳米管的生成有影响.这对构建分子水平的Au-TiO2体系是一个有意义的尝试.这种方法也适用于制备其他金属掺杂的TiO2纳米管,从而为金属-TiO2纳米管作为催化剂的应用奠定了基础,对于此体系性质的进一步研究也将展示其优异的应用潜力.