金纳米团簇-金纳米粒子-二氧化钛复合光催化剂
过度使用化石燃料所引发的能源危机以及环境污染使人们将目光更多地关注于绿色可持续的光催化太阳能转化技术。其中，光解水制氢技术因其无污染、条件温和、可再生等优点，被认为是替代化石燃料的优质选择。因此，设计构建具有高效吸收太阳能以及良好光生载流子转化效率、能够快速分离和迀移光生载流子的光催化剂，从而调控并提高光催化反应的活性和转化效率，是光催化领域的重大挑战。贵金属纳米粒子可以提供催化反应的活性位点，同时，较低的费米使其能够快速捕获光生电子，加速电荷的界面转移，延长光生载流子的寿命，因而可作为助催化剂提高光催化太阳能的转化效率。此外，一些特殊贵金属如金、银纳米粒子在可见光区域具有等离子共振吸收，可以有效地拓展光催化剂的光吸收范围。近年来，具有特定结构及原子数目的超小型贵金属纳米团簇因其有别于普通纳米粒子的独特光电性质而被人们广泛关注。由于纳米团簇的粒径与费米波长或导带电子的德布罗意波长相近，量子效应使其具有类似金属有机分子的能级性质。这种离散的电子跃迀使得贵金属纳米团簇具有阶梯状光吸收、荧光发射等性质，因而作为光敏剂或助催化剂在光催化应用中具有良好前景。
本文的目的在于提供一种金纳米团簇-金纳米粒子-二氧化钛复合光催化剂及应用，所得复合光催化剂光催化活性高、生产工艺简单、可宏观制备、环境友好、纳米金粒径可控，可用于光解水制氢，对于光催化的实际应用及基础研究都具有重要意义。技术方案如下：
1)将氯金酸溶于水中，加还原型谷胱甘肽搅拌至无色，然后于70°c下回流24 h，加入乙腈纯化后，离心、洗涤、干燥，得到固体金纳米团簇，将所得固体金纳米团簇重新分散到水中，得到金纳米团簇溶液；
2)将二氧化钛纳米粒子和金纳米团簇溶液在弱酸性条件下混合搅拌4 h，离心、洗涤、干燥，得到金纳米团簇-二氧化钛复合材料；
3)将步骤2)所得复合材料在真空环境中、牺牲剂存在的条件下进行光照，得到所述金纳米团簇-金纳米粒子-二氧化钛复合光催化剂。
本发明的显著优点在于:(I)本发明通过控制气氛、添加牺牲剂、照射波长及光照时间等条件，可以控制金纳米团簇到金纳米粒子的原位转化程度，使所得金纳米团簇-金纳米粒子-二氧化钛复合光催化剂具有不同的纳米金粒径，从而实现对催化剂光催化活性的调控。 (2)与现有金纳米团簇-二氧化钛、金纳米粒子-二氧化钛相比，本发明金纳米团簇-金纳米粒子-二氧化钛复合光催化剂在模拟太阳光条件下具有更高的光催化活性，且其产氢活性最高可达0.36 mmol/g.h，可用于催化光解水制氢。 (3)本发明复合光催化剂制备方法简单、绿色，无需高温高压；且其能以太阳光为驱动能、水为反应物，用于光解水制氢，有利于环境和能源的可持续发展。