本發(fā)明涉及光催化納米材料，尤其是一種具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、光催化是實現(xiàn)太陽能利用的典型途徑，能夠有效完成太陽能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，對推動工業(yè)化學(xué)轉(zhuǎn)型具有重要意義。在眾多光催化納米材料中，貴金屬納米顆粒因其獨特的局域表面等離激元共振特性而備受關(guān)注。貴金屬納米顆粒可轉(zhuǎn)化紫外、可見光至近紅外光區(qū)的光子能量，在高效太陽能利用領(lǐng)域具有巨大潛力。
2、金納米顆粒（aunps）能夠在可見光照射下產(chǎn)生強電磁場，從而增強光吸收和光催化活性，是常用的光催化劑之一。金納米顆粒在光催化降解有機污染物領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，但在實際應(yīng)用中仍面臨諸多關(guān)鍵問題。首先，盡管aunps的lspr效應(yīng)能夠增強可見光吸收，但光生電子-空穴對的快速復(fù)合仍是效率瓶頸。光催化反應(yīng)需要有效的電荷分離才能產(chǎn)生活性氧物種（ros），而aunps本身作為等離子體材料，其載流子壽命有限。研究還表明光催化效率受限于低量子效率和受限的可見光活性，這在大規(guī)模應(yīng)用時尤為明顯。故aunps的光催化效率仍然需要進一步提升。其次，納米尺度的aunps在反應(yīng)體系中呈分散懸浮狀態(tài)，難以通過簡單過濾或沉降進行有效回收，故存在催化劑回收與再利用困難的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對當前金納米顆粒用于光催化轉(zhuǎn)化有機污染物過程中存在的光催化效率較低，催化劑回收再利用困難的問題，本發(fā)明提供一種具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜。
2、本發(fā)明提供的具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜，制備方法如下：
3、步驟1、將四氯金酸和季銨鹽加入硼氫化鈉溶液中，在30-40℃攪拌2-4h，得到溶液a；將溶液a加入含銨鹽、四氯金酸和抗壞血酸的溶液b中，在30-40℃攪拌反應(yīng)10-15h，離心分離得到粒徑40-90nm的金納米顆粒，并將其分散于去離子水中，形成金納米顆粒分散液。
4、所述季銨鹽為十六烷基三甲基氯化銨或十六烷基三甲基溴化銨。
5、步驟2、將金納米顆粒分散液離心后加入巰基封端聚苯乙烯的四氫呋喃溶液中，靜置反應(yīng)6-8h，然后離心去除上清液，將底部沉淀物分散于三氯甲烷中，再將分散液滴加到去離子水的表面，在去離子水表面自組裝形成二維薄膜。
6、所述巰基封端聚苯乙烯的分子量為10000-50000?g/mol。通過改變巰基封端聚苯乙烯的分子量大小制備出納米間隙在10-15nm范圍內(nèi)變化的二維薄膜。
7、所述四氫呋喃溶液中，巰基封端聚苯乙烯的濃度優(yōu)選為2-3mg/ml。
8、上述方法制備的二維薄膜在可見光區(qū)具有法諾共振光學(xué)特性。
9、本發(fā)明還提供了上述具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜的應(yīng)用。主要用作光催化劑。尤其是在光催化轉(zhuǎn)化有機污染物的反應(yīng)中用作光催化劑。
10、應(yīng)用方法是：首先將二維薄膜進行等離子體清洗處理，利用等離子體轟擊二維薄膜的表面，去除聚苯乙烯配體暴露出金納米顆粒表面；然后將二維薄膜加入有機污染物溶液中，使用氙燈照射進行光催化反應(yīng)。
11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于：
12、（1）本發(fā)明采用巰基封端聚苯乙烯配體交換和界面自組裝兩步法對金納米顆粒進行二維薄膜的組裝，形成了一種在可見光區(qū)展現(xiàn)出法諾共振光學(xué)特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜。使用的巰基封端聚苯乙烯中，巰基與金納米顆粒形成穩(wěn)定的au-s鍵，穩(wěn)定金納米顆粒，聚苯乙烯基團則提供疏水性，保證納米顆粒在水和空氣界面穩(wěn)定形成單顆粒厚度的二維納米薄膜。
13、（2）本發(fā)明通過精確設(shè)計金納米顆粒的尺寸和間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以有效調(diào)控法諾共振的光譜，形成一種可調(diào)控的具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜。
14、（3）本發(fā)明的具有法諾共振光學(xué)特性的自組裝二維薄膜在水體系有機污染物光催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)中穩(wěn)定性強，光催化效率高，且催化劑易于回收循環(huán)使用。
15、本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
1.一種具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜，其特征在于，由下述方法制成：
2.如權(quán)利要求1所述的具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜，其特征在于，步驟2中，通過改變巰基封端聚苯乙烯的分子量大小制備出納米間隙在10-15nm范圍內(nèi)變化的二維薄膜。
3.如權(quán)利要求1所述的具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜，其特征在于，所述四氫呋喃溶液中，巰基封端聚苯乙烯的濃度是2-3mg/ml。
4.如權(quán)利要求1所述的具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜，其特征在于，所述季銨鹽為十六烷基三甲基氯化銨或十六烷基三甲基溴化銨。
5.如權(quán)利要求1所述的具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜，其特征在于，在可見光區(qū)具有法諾共振光學(xué)特性。
6.一種如權(quán)利要求1-5任意一項所述的具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜的應(yīng)用，其特征在于，用作光催化劑。
7.如權(quán)利要求6所述的具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜的應(yīng)用，其特征在于，用作光催化轉(zhuǎn)化有機污染物的催化劑。
8.如權(quán)利要求7所述的具有法諾共振特性的金納米顆粒自組裝二維薄膜的應(yīng)用，其特征在于，首先將二維薄膜進行等離子體清洗處理，利用等離子體轟擊二維薄膜的表面，去除聚苯乙烯配體暴露出金納米顆粒表面；然后將二維薄膜加入有機污染物溶液中，使用氙燈照射進行光催化反應(yīng)。