Получение наноструктуры Au @ TiO2 - оболочка и ее применение для разложения и обнаружения метиленового синего

Фон

Гетерогенные нанокомпозиты металл / полупроводник привлекли огромный исследовательский интерес благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам и потенциальным применениям в преобразовании солнечной энергии [1], биомедицине [2], комбинационном рассеянии света с усилением поверхности [3], светодиодах [4] ], и экологическая реабилитация [5]. Мотивированные их различными приложениями, огромное количество усилий было вложено в разработку и изменение составов, наноструктур и размеров таких материалов [6,7,8]. Например, Yin et al. [9] синтезировали гибридные наноструктуры ZnO / Ag и ZnO / Pd и обнаружили, что нанесение Ag или Pd на ZnO значительно улучшает фотокаталитическую активность ZnO. Sun et al. [10] продемонстрировали, что Au-Fe ₃ О ₄ наночастицы с наноразмерным взаимодействием между Au и Fe ₃ О ₄ обладает разнообразными магнитными, физическими и химическими свойствами.

В последние годы значительные успехи в контролируемом синтезе металлов / полупроводников, применяемые для фотокатализа, были достигнуты из-за все более серьезных экологических проблем, таких как загрязнение воздуха [11, 12] и потенциальных технических применений в преобразовании энергии [13]. Среди различных предложенных композитов металл / полупроводник, содержащие TiO ₂ и нано-Au являются наиболее практичными, поскольку такая гетероструктура имеет сильный локализованный поверхностный плазмонный резонанс (LSPR) в видимой области спектра и делает ее новым типом фотокатализатора с широким спектром отклика [14,15,16]. Еще одна полезная функция Au / TiO ₂ Нанокомпозиты заключаются в том, что наночастицы Au работают как накопители электронов, эффективно уменьшая рекомбинацию фотовозбужденных электронно-дырочных пар и, в конечном итоге, увеличивая квантовый выход фотокатализа [17, 18]. Некоторые инновационные исследования на основе Au / TiO ₂ Композитная система, применяемая для разложения органических красителей, солнечного расщепления воды и преобразования органических соединений, продемонстрировала свои эффективные фотокаталитические свойства в видимом свете, что указывает на решающую роль плазмонных эффектов Au, играемых в Au / TiO ₂ система [17, 19, 20].

Однако одно из основных ограничений для Au / TiO ₂ Применение нанокомпозитов в практических приложениях заключается в плохой стабильности нанесенных на них золотых катализаторов. Выдающиеся свойства исходных наночастиц могут ослабевать, поскольку они имеют тенденцию к агломерации и разрастанию в более крупные частицы в различных условиях реакции [21, 22]. А в некоторых других случаях было доказано, что наночастицы Au осаждаются на поверхности TiO ₂ могут подвергнуться коррозии или растворению во время каталитической реакции [23]. Разработка и изготовление композитов со структурой ядро-оболочка и желток-оболочка считается эффективным методом решения этих проблем. Gong et al. [24] сообщили о производстве золотых наностержней @ TiO ₂ . катализаторы желток-оболочка с различным соотношением сторон золотых наностержней, полученные методом, опосредованным затравками. Многокомпонентные гибридные нанокомпозиты также обладают повышенной фотокаталитической активностью в реакции окисления бензилового спирта. Заера и его сотрудники [21] сообщили о синтезе и описании нового Au @ TiO ₂ наноструктурированный катализатор желток-оболочка, демонстрирующий промотирующую активность, сравнимую с таковой, наблюдаемой с более традиционным Au / TiO ₂ катализаторы, но с повышенной устойчивостью к спеканию. Kim et al. [25] синтезировали плазмонные наноструктуры ядро ​​– оболочка, состоящие из Au – TiO ₂ . поддерживается на SiO ₂ сферы в сенсибилизированных красителями солнечных элементах (DSSC), которые показали наблюдаемый повышенный КПД преобразования энергии ~ 14%. Несмотря на огромные усилия по исследованию, легкий синтез Au @ TiO ₂ композиты с четко определенной структурой ядро ​​– оболочка / желток – оболочка все еще остаются проблемой для массового применения.

В последнее время многие исследования подтвердили, что контролируемая хиральность на наномасштабе может вызвать больший эффект LSPR, потому что мультиспиральная хиральная наноструктура может вызвать индуцированное двойное лучепреломление в микроскопическом масштабе и вызвать эффект Керра, вызванный индуцированным электрическим полем в макроскопическом масштабе [26, 27,28]. В этом исследовании Au @ TiO ₂ Нанокомпозиты желток – оболочка со спиральной волокнистой структурой были успешно синтезированы с помощью контролируемой и простой стратегии. Наночастицы золота, нанесенные на поверхность углеродных нанопленок (CNC), были получены ионным распылением. TiO ₂ пленки с очень однородной и контролируемой толщиной могут быть устойчиво интегрированы на поверхность наночастиц золота с помощью технологии осаждения атомных слоев (ALD). После этапа отжига Au @ TiO ₂ получены нанокомпозиты. Разработанный выше метод также может быть расширен для изготовления другого металла (Pt, Ag) @TiO ₂ нанокомпозиты желток – оболочка со спиральной наноструктурой. В качестве типичного фотокатализатора фотокаталитическая активность полученного Au @ TiO ₂ Нанокомпозиты оценивали по разложению метиленового синего (МБ) под воздействием видимого света. Кроме того, активность Au @ TiO ₂ с помощью поверхностно-усиленной спектроскопии комбинационного рассеяния (SERS) нанокомпозиты также были исследованы путем обнаружения МБ.

Экспериментальный

Синтез Au @ TiO ₂

ЧПУ, используемые в качестве шаблонов, были приготовлены методом химического осаждения из паровой фазы, как сообщалось ранее. Вкратце, наночастицы ацетилена и меди использовали в качестве источника углерода и соответствующих катализаторов соответственно. Рост ЧПУ проводился при атмосферном давлении в горизонтальной кварцевой трубке. В реактор помещали керамическую пластину с медными катализаторами. После того, как трубка была нагрета до 250 ° C в вакууме, в реактор вводили ацетилен [29,30,31]. После охлаждения устройства до комнатной температуры были получены предварительно подготовленные ЧПУ.

Полученные ЧПУ диспергировали в этаноле при ультразвуковом перемешивании и затем равномерно наносили на поверхность предметного стекла. После сушки на окружающем воздухе слой Au был нанесен с помощью прибора для ионного распыления (Hitachi, E-1010). Размер и толщина пленок Au определялись разрядным током и временем распыления. На этом этапе ток разряда составлял 10 мА, а время распыления варьировалось от 30 до 120 с. Полученные образцы были помечены как CNCs @ Au- x , в котором x относится ко времени распыления (секунды). Впоследствии образцы диспергировали в этаноле с помощью ультразвукового перемешивания, а затем наносили на кварцевую пластину для покрытия TiO ₂ по процессу ALD. ALD - это разновидность техники подготовки покрытия из паровой фазы, позволяющая добиться точного контроля толщины и отличной однородности пленок [32,33,34,35,36]. Процесс ALD проводили в проточном реакторе ALD с горячими стенками при 145 ° C с тетраизопропанолатом титана (TTIP) и деионизированным H ₂ O используется в качестве прекурсоров титана и кислорода соответственно. Наконец, после процесса ALD, нанопленки с вышеуказанным покрытием были прокалены при 450 ° C в течение 2 часов на воздухе под давлением окружающей среды для удаления углеродных ядер и спирального TiO ₂ были получены структуры «желток – оболочка», покрытые золотом. Для сравнения чистый TiO ₂ спиральную трубку также собирали кальцинированным TiO ₂ ЧПУ с покрытием без напыления Au и обозначается как TiO ₂ в следующем обсуждении.

Характеристика материала

Картины дифракции рентгеновских лучей (XRD) записывали на дифрактометре Bruker D8 Advance с медью Kα ( λ =0,154056 нм) источник излучения. Изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), получали с помощью микроскопа Hitachi S-4800. Изображения просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), дифракции электронов в выбранной области (SAED) и ПЭМ высокого разрешения (HRTEM) получали с использованием микроскопа JEOL JEM-2100, работающего при 200 кВ. Данные рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) были получены с использованием спектрометра PHI5000 Versaprobe-II с монохроматическим источником Al Kα (1486,6 эВ). Спектры оптического поглощения регистрировали на абсорбционном спектрофотометре PerkinElmer Lambda 750s UV-Vis-NIR. Спектры комбинационного рассеяния света регистрировались на рамановском спектрометре Renishaw Invia Reflex Laser. Длина волны возбуждения составляла 514 нм от аргонового ионного лазера с воздушным охлаждением и эффективной мощностью 2 мВт.

Оценка фотокаталитических мероприятий

Фотокаталитическую активность катализаторов исследовали путем фотодеградации красителей MB в водных растворах с использованием процедуры, описанной ниже. Два миллиграмма катализатора равномерно распределяли в фотореактор емкостью 100 мл, снабженный циркуляционными трубами для охлаждающей воды. Затем в фотореактор добавляли 20 мл растворов МБ с концентрацией 0,01 мг / мл. Перед фотооблучением система перемешивалась ультразвуком в течение 2 минут и двунаправленная магнитная мешалка в течение 30 минут в темноте для уравновешивания адсорбции-десорбции между фотокатализаторами и МБ. Затем указанный выше 100 мл фотореактор, содержащий суспензию, облучали под ксеноновой лампой мощностью 300 Вт (Beijing Perfectlight Technology Co. Ltd., PLS-SXE300C) с отсекающими фильтрами, так что световые волны с длиной волны от 420 до 780 нм достигли растворов. В процессе фотокаталитической реакции интенсивность облучения составляла ~ 154 мВт / см ⁻² . и охлаждающая вода продолжала течь, чтобы рассеять тепловой эффект системы. С интервалами времени каждые 10 мин в течение всего 90 мин пипеткой пипетировали порцию (1 мл) суспензии и сразу же разбавляли до 3 мл, и после разделения на центрифуге собирали 2 мл супернатанта. В конце концов, остаточная концентрация МБ в надосадочной жидкости была проанализирована с помощью спектрофотометра UV-Vis-NIR на характерной длине волны раствора ( λ _МБ =664 нм).

Результаты и обсуждение

Анализ морфологии и фазовой структуры

На рис. 1а показана схема получения Au @ TiO ₂ . гетероструктура желток – оболочка, включая распыление Au, TiO ₂ нанесение покрытий и процессы прокаливания. На рис. 1b – e показаны типичные изображения ПЭМ, соответствующие каждой описанной выше процедуре. ЧПУ, используемые в качестве исходного шаблона в этой работе, имеют одинаковый диаметр волокна, диаметр катушки и шаг катушки, а средний диаметр волокна составляет около 80 нм (дополнительный файл 1:Рисунок S1). После обработки распылением золота внешний слой ЧПУ был покрыт многочисленными однородными наночастицами Au, как показано на рис. 1c. Как видно из изображения ПЭМ, показанного на рис. 1d, при применении 200 циклов ALD для TiO ₂ осаждение, равномерный TiO ₂ покрытие толщиной около 8 нм наносится на поверхность Au / CNC. Обычно анатазная фаза TiO ₂ обладает гораздо лучшими фотокаталитическими характеристиками, чем рутил [37, 38]. По этой причине мы выбрали 450 ° C в качестве надлежащей температуры прокаливания для удаления углеродных ядер и получения окончательного Au @ TiO ₂ желток – скорлупа. Как показано на Рис. 1e, TiO ₂ были сформированы нанотрубки с инкапсулированными наночастицами Au и свободным пространством. После всех этапов обработки элегантная спиральная морфология стартовых ЧПУ может быть в хорошем состоянии.

а Схематическое изображение процесса синтеза Au-x @ TiO ₂ . б - е Изображения ПЭМ показывают морфологическую эволюцию

Кристалличность и структуру всех образцов измеряли методом XRD. Как видно на рис. 2а, дифракционные пики для чистого TiO ₂ Образец можно отнести к хорошо кристаллизованной фазе анатаза (JCPDS 21-1272), без дополнительных примесных пиков. Для Au / TiO ₂ дополнительные дифракционные пики на рис. 2b – e могут быть хорошо привязаны к гранецентрированному кубическому (ГЦК) Au (JCPDS 01-1174), что подтвердило успешное нанесение наночастиц Au на поверхность CNC ионным распылением. TiO ₂ Пик (004) при 38,2 ° имеет большое перекрытие с пиком Au (111) при 38,3 °. Интересно, что слабый пик, расположенный под углом 35,5 градусов на рис. 2b – e, можно индексировать к плоскости (020) γ -Ти ₃ О ₅ , что указывает на то, что атомное соотношение Ti / O не равно 1/2 для Au / TiO ₂ . В настоящей работе сильное восстанавливающее действие углеродного волокна и наночастиц Au при высокой температуре, вероятно, вызывает образование кислородных вакансий и более низкую степень окисления титана. Кроме того, из-за уменьшения относительного содержания TiO ₂ , можно заметить, что весь TiO ₂ пики дифракции ослабевают при увеличении времени распыления с 30 до 120 с.

Картины XRD. TiO ₂ . б Au-30 @ TiO ₂ . c Au-50 @ TiO ₂ . г Au-80 @ TiO ₂ . п Au-120 @ TiO ₂

На рисунке 3 показаны ПЭМ-изображения TiO ₂ . и Au-x @ TiO ₂ с разным временем распыления Au ( x означает время распыления, x =30, 50, 80, 120). Для TiO ₂ Можно заметить, что образец имеет спиральную трубчатую структуру, аналогичную структуре шаблонов ЧПУ. В процессе отжига для удаления углеродных ядер не произошло разрушения материалов оболочки. TiO ₂ после 200 циклов толщина оболочки составляет около 8 нм. Из-за большего атомного номера Au по сравнению с Ti в Au @ TiO ₂ , Наночастицы Au демонстрируют более темный контраст, что приводит к четко видимой морфологии желток – скорлупа. Средний диаметр наночастиц Au явно увеличивается с увеличением времени распыления. Оно составляет примерно 4,5, 5,5, 10,5 и 20,5 нм, что соответствует времени распыления 30, 50, 80 и 120 с, соответственно (дополнительный файл 1:рисунок S2, a2-d2). Как показано на рис. 3b – d, однородный TiO ₂ тонкая пленка толщиной около 8 нм также получается из Au-30 @ TiO ₂ , Au-50 @ TiO _2, и Au-80 @ TiO ₂ нанокомпозиты с одинаковым ALD TiO ₂ осаждение. Однако толщина TiO ₂ оболочка для Au-120 @ TiO ₂ уменьшается примерно до 5 нм (рис. 3e), что можно приписать влиянию большого размера и значительных скоплений наночастиц Au.

Изображения ПЭМ. а TiO ₂ . б Au-30 @ TiO ₂ . c Au-50 @ TiO ₂ . г Au-80 @ TiO ₂ . е Au-120 @ TiO ₂

Подробные микроскопические структуры TiO ₂ и Au-30 @ TiO ₂ Нанокомпозиции были дополнительно исследованы методом ПЭМ ВР. Как видно на рис. 4a – b, оба TiO ₂ оболочки и наночастицы Au хорошо кристаллизованы, что соответствует анатазу TiO ₂ Кристаллические решетки (101) (0,3565 и 0,3501 нм) и Au (111) (0,2399 нм) соответственно. Следует отметить, что интерфейс в Au / TiO ₂ Наноструктуры желток – оболочка хорошо видны (рис. 4б) из-за разного контраста. Такой богатый интерфейс важен для следующего приложения фотокатализа, поскольку он может обеспечить доступ для переноса горячих электронов от наночастиц Au к TiO ₂ при возбуждении ЛСПР [20]. На вставке к рис. 4б показан образец SAED, записанный на Au-30 @ TiO ₂ . наноструктура. Четкие дифракционные кольца можно отнести к кристаллическим плоскостям (101) и (211) анатаза TiO ₂ и (220) и (111) кристаллические плоскости Au соответственно, что согласуется с результатами XRD. Для анализа химического состояния Au и получения подробной фундаментальной информации о взаимодействии Au с TiO ₂ , Au-30 @ TiO ₂ Нанокомпозит был дополнительно исследован с помощью измерений XPS. Спектры высокого разрешения Ti 2p и Au 4f представлены на рис. 4c и d соответственно. Как показано на рис. 4c, два пика с энергией связи приблизительно 458,4 и 464,2 эВ могут быть отнесены к Ti 2p _3/2 и Ti 2p _1/2 спин-орбитальные компоненты Ti ⁴⁺ соответственно [39]. На рисунке 4d показан XPS-спектр Au 4f с двумя пиками при 83,6 и 87,4 эВ для Au 4f _7/2 . и Au 4f _5/2 уровни, соответственно, предполагая, что частицы Au существуют в металлическом состоянии. Относительный отрицательный сдвиг (0,4 эВ) Au 4f _7/2 пик по сравнению с объемным Au (4f _7/2 при 84,0 эВ) можно объяснить переносом электрона от кислородных вакансий TiO ₂ к Au, что подтверждает сильное Au / TiO ₂ взаимодействие [40, 41].

HRTEM изображения a TiO ₂ и b Au-30 @ TiO ₂ , в котором правая верхняя вставка в b показывает образцы SAED Au-30 @ TiO ₂ наноструктура. XPS с высоким разрешением c Ti 2p и d Au 4f Au-30 @ TiO ₂

На рис. 5 показаны спектры диффузного отражения в УФ и видимой областях TiO ₂ . и Au-x @ TiO ₂ наноструктуры. Для всех этих образцов наблюдается интенсивная полоса поглощения ниже 400 нм, что может быть связано с большой шириной запрещенной зоны анатаза TiO ₂ [42]. По сравнению с TiO ₂ , можно обнаружить, что Au-x @ TiO ₂ имеет не только аналогичное поглощение ниже 400 нм, но также и расширенный диапазон поглощения от 400 до 800 нм с широким пиком поглощения около 580 нм, возникающим из-за эффекта LSPR наночастиц Au [43]. Эти результаты показывают, что лучшая фотокаталитическая активность Au-x @ TiO ₂ можно ожидать при облучении видимым светом, особенно для Au-80 @ TiO ₂ с большей интенсивностью поглощения. Небольшой сдвиг поглощения LSPR для Au @ TiO ₂ Наноструктуры с разным временем распыления также разумны, поскольку наночастицы Au чувствительны к своему размеру и окружающей среде [24, 42]. Эти наблюдения заявляют, что Au-x @ TiO ₂ фотокатализаторы могут обладать настраиваемым диапазоном сбора света за счет регулировки формы, диаметра и морфологии наночастиц Au [44].

Спектры поглощения в УФ – видимой области TiO ₂ и Au-x @ TiO ₂

Фотокаталитическая активность

Удаление органических загрязнителей из сточных вод промышленных и домашних хозяйств привлекло большое внимание [45,46,47,48]. МБ часто используется в качестве целевого загрязнителя для оценки каталитической эффективности в фотокаталитических реакциях, потому что синий цвет МБ из-за поглощения на длине волны 664 нм будет постепенно исчезать с процессом разложения [49, 50], и его можно легко контролировать по спектрам поглощения в УФ-видимой области. . Фотокаталитическая активность TiO ₂ и Au-x @ TiO ₂ композиты оценивали путем мониторинга поглощения красителя МБ при 664 нм для определения скорости разложения при облучении видимым светом (420-780 нм). Изменения относительной концентрации МБ в зависимости от времени облучения на различных катализаторах представлены на рис. 6а. Для сравнения фотокаталитическая активность чистого TiO ₂ нанотрубки были впервые исследованы. Можно обнаружить, что около 60% МБ разложилось с помощью TiO ₂ . в качестве фотокатализатора при облучении видимым светом в течение 90 мин. Относительно низкая фотокаталитическая эффективность TiO ₂ происходит из-за его плохой способности поглощать видимый свет. По сравнению с вышеуказанным холостым экспериментом Au-x @ TiO ₂ фотокатализаторы демонстрируют более высокую эффективность разложения и эффективность разложения для Au-80 @ TiO ₂ составляет около 90% в тех же экспериментальных условиях. Промоторные фотокаталитические свойства могут быть приписаны повышенной скорости генерации электронно-дырочных элементов из-за наличия гетерограницы и соответствующего плазмонно-усиленного поглощения света [51, 52]. Известно, что как высокоэнергетическая плоскость (200) Au, так и толщина TiO ₂ оболочки - важные параметры, влияющие на активность [24, 53]. Среди Au-x @ TiO ₂ фотокатализаторы, при увеличении времени распыления пик Au (200) демонстрирует больше плоскостей с высокой энергией, как показано на соответствующей интенсивности пика XRD. Кроме того, Au-120 @ TiO ₂ с более тонким TiO ₂ Оболочка (5 нм) не может обеспечить достаточное количество реакционных участков для потребления электронов. Таким образом, исходя из соответствующей и аналогичной толщины TiO ₂ оболочка над разными Au-x @ TiO ₂ , Au-80 @ TiO ₂ показывает самую высокую активность.

а Оценка концентрации МБ в зависимости от времени реакции в различных условиях. б Возможность вторичного использования фотокаталитического разложения водного раствора МБ с использованием Au-80 @ TiO ₂ с тремя циклами

В качестве гетерогенных катализаторов возможность повторного использования катализатора также очень важна для практического применения. Мы выполнили три последовательные операции, чтобы исследовать возможность повторного использования Au-80 @ TiO ₂ . Как показано на рис. 6b, заметной дезактивации не наблюдается, что указывает на превосходную долговечность Au-80 @ TiO ₂ . ПЭМ изображение Au-80 @ TiO ₂ (Дополнительный файл 1:Рисунок S3) после трехкратного повторного использования показывает, что спиральные структуры желток-оболочка катализаторов сохраняются в хорошем состоянии, что дополнительно подтверждает, что ограниченный эффект TiO ₂ нанотрубки могут предотвратить потерю золота и, таким образом, повысить стабильность катализаторов.

Основываясь на приведенных выше результатах, мы предлагаем фотокаталитический процесс разложения МБ с использованием спирального Au @ TiO ₂ наноструктуры (рис.7). При облучении видимым светом горячие электроны производятся LSPR-эффектом наночастиц Au внутри TiO ₂ нанотрубка. Последующие электроны переходят от Au в зону проводимости TiO ₂ . Разложение адсорбированного МБ начнется из отверстий (• Au ⁺ ), потому что отверстия могут улавливать адсорбированную на поверхности воду, генерируя высокореактивные гидроксильные радикалы [24, 51, 54]. Одновременно электрон, инжектированный в зону проводимости TiO ₂ могут быть захвачены молекулами кислорода с образованием реактивных супероксидных радикалов • O ₂ ^- . Затем он может дополнительно реагировать с H ⁺ чтобы получить активный • HO ₂ ^- и • радикалы ОН. Наконец, эти образующие радикалы могут разрушить органические загрязнители. В данной работе считается, что поляризованный свет, вращаемый спиральной хиральной Au @ TiO ₂ структура может ускорять возбуждение LSPR, что дополнительно увеличивает фотокаталитическую активность спирального Au @ TiO ₂ . Кроме того, адсорбированная молекула MB может быть возбуждена и переносить электрон в зону проводимости TiO ₂ как чистый TiO ₂ нанотрубки проявляют небольшую фотокаталитическую активность при облучении видимым светом. Таким образом, эффект фотосенсибилизации МБ также должен приводить к небольшой части разложения МБ.

Схематическое изображение механизма фотокаталитического разложения МБ над Au @ TiO ₂

Действия SERS

Чтобы использовать многофункциональное применение таких катализаторов, мы провели дальнейшие эксперименты с использованием Au-x @ TiO ₂ в качестве подложек SERS для обнаружения молекул MB, адсорбированных на поверхности наночастиц золота. Как видно из рис. 8а, при зондировании с 1,0 × 10 ⁻⁵ В растворе M MB активность SERS свежеприготовленной подложки снижается с увеличением времени распыления Au с 30 до 120 с. Этот результат показал, что Au-30 @ TiO ₂ обладает наилучшими характеристиками SERS, что означает, что наночастицы Au контактировали с TiO ₂ наночастицы могут образовывать большое количество горячих точек, что может способствовать эффективному усилению SERS [55]. Изучить влияние различных концентраций раствора МБ на способность обнаружения Au-30 @ TiO ₂ , Рамановское измерение также было выполнено. Как показано на рис. 8b, интенсивность рамановского сигнала уменьшается с уменьшением концентраций МБ в диапазоне от 10 ^-4 до 10 ⁻⁶ M. Различимый сигнал комбинационного рассеяния 10 ⁻⁶ M MB с диапазоном комбинационного рассеяния от 900 до 1500 см ⁻¹ , что означает, что Au-30 @ TiO ₂ действует как субстрат SERS, может определять концентрации МБ до 10 ⁻⁶ M, где показаны потенциальные области применения для обнаружения загрязнителей [56].

а Спектры SERS 1.0 × 10 ⁻⁵ M раствор МБ, собранный на подложках с различным Au-x @ TiO ₂ . б Спектры SERS МБ с различными концентрациями, полученные на Au-30 @ TiO ₂ субстрат

Выводы

В этом исследовании мы успешно синтезировали Au @ TiO ₂ Гетерогенные нанокомпозиты желток-оболочка со спиральной клубкообразной морфологией и исследовали их многофункциональное использование, включая фотокатализ и эффект SERS. Видимая деградация МБ при фотокатализе показывает, что полученный Au-x @ TiO ₂ композит с временем распыления наночастиц Au 80 с демонстрирует самые высокие фотокаталитические характеристики из-за повышенного поглощения света и ограничения рекомбинации фотовозбужденных электронно-дырочных пар эффектом LSPR наночастиц Au. Рамановские измерения показывают, что Au-x @ TiO ₂ могут использоваться как эффективные SERS-активные подложки. Учитывая его удивительные свойства и особенности, новый гетерогенный нанокомпозит может стать источником вдохновения в различных областях, включая расщепление воды и солнечные элементы. Кроме того, спиральная оболочка желток Au @ TiO ₂ Изученная здесь модельная система может быть расширена для проектирования других гетероструктур, таких как Ag @ TiO ₂ , Au @ ZnO и Au @ NiO, для использования в преобразовании солнечной энергии.