專利名稱：一種SnO₂/SnS₂異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法,具體為具體為一種有可見光吸收的Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
自1972年Fujishima和Honda報道TiO2光電催化產(chǎn)H2以來，各種不同的半導體光催化材料均被成功制備，而近年來對于非鈦光催化劑的研究也日趨熱門。在眾多的非鈦半導體材料中，SnO2因其具有其獨特的電學性能、光學性能以及化學穩(wěn)定性等備受關(guān)注。但SnO2在實際的應(yīng)用中還存在著很多的缺點其一，它雖然光化學性質(zhì)較為穩(wěn)定，但因帶隙較寬(禁帶寬度為3. 62eV)，對光的吸收利用波長范圍較窄，且主要在紫外光區(qū)域，對太陽光的 利用率很低；其二，半導體在有機相中不易分散，會影響其表面積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及體積效應(yīng)等等，會導致載流子復合率高，量子效率較低。因此如何通過改性使得催化劑在可見光下響應(yīng)，提高光催化效率一直是研究的一個熱點。把不同的半導體光催化劑復合起來能有效的減緩其在各自的材料中進行電荷和空穴的重組，半導體之間不同的價帶和導帶能級的良好匹配能夠?qū)崿F(xiàn)其光生載流子的矢量轉(zhuǎn)移。對SnO2而言，SnS2價帶和導帶的電極電勢都與之相匹配，且SnS2的禁帶寬度較窄，這就使得在可見光照射下，光生電子從SnS2的導帶傳至SnO2的導帶,提高SnS2的光生載流子的分離，SnO2的感光度隨之增加。因此，Sn02/SnS2復合物的光催化性能比單獨的SnO2或者SnS2更好，且兩種不同半導體在晶面接觸的區(qū)域可形成相互作用強烈的結(jié)(異質(zhì)結(jié))，其可以產(chǎn)生一個內(nèi)部電場，加速電子的遷移，同時其還可以作為光生電子傳輸?shù)耐ǖ?，有效增強電子與空穴的分離，從而提高了催化劑的量子效率。迄今為止，Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)光催化劑的報道的還是相對較少，且活性較低。傳統(tǒng)制備復合物的辦法是用簡單的物理辦法來混合兩種不同帶寬匹配的半導體材料。但是單純的混合兩種半導體材料不能使兩者緊密結(jié)合，并且在溶液中分散的時會分離團聚，因此物理混合的復合半導體材料界面的電荷轉(zhuǎn)移和分離的概率是相當?shù)偷摹?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。
一種Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其步驟如下(I) SnO2納米顆粒的制備稱取3. 5mmol的SnCl2. 2H20,超聲溶解于IOmL叔丁醇中，向其中加入一定量的甘油和2. 25mL環(huán)己烷，攪拌，裝釜，放入200°C烘箱反應(yīng)18h。離心，清洗沉淀，80°C真空烘干，再經(jīng)500°C焙燒4h，即可得到SnO2納米顆粒；(2)Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)的制備在室溫條件下,選取步驟(I)制備出的SnO2納米顆粒分散于去離子水中，向其中加入足夠過量的硫源，攪拌30min后，將該溶液轉(zhuǎn)移到50mL的水熱釜中，置于烘箱中進行離子交換反應(yīng)，用去離子水和乙醇反復洗滌，離心，80°C真空烘干，即可得到樣品。步驟(I)中甘油的量為5mL。步驟(2)硫源可以選擇硫代乙酰胺或L-半胱氨酸；離子交換反應(yīng)的溫度為140 180 °C，反應(yīng)時間為6 48h。 本發(fā)明采用離子交換法原位合成Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)，能夠使得產(chǎn)生的復合材料均勻復合，提供更穩(wěn)定的接觸來傳導電荷和防止自聚，在可見光作用下體現(xiàn)出很好的催化降解有機污染物活性。本發(fā)明采用離子交換法原位合成Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)光催化劑，此法的優(yōu)點是制備過程簡便、反應(yīng)條件可控性強，更為重要的是能使SnO2和SnS2均勻復合，從而提供更穩(wěn)定的接觸來傳導電荷和防止自聚。在可見光(>420nm)照射下，表現(xiàn)出了良好的光催化活性，其中以釜熱30h時候最佳，4h后降解率基本可達到100%，它在環(huán)境治理尤其是染料廢水水污染處理方面有著潛在的應(yīng)用價值。


圖I為實施例I制得樣品的XRD圖；圖2為實施例I制得樣品的FESEM圖；圖3為實施例I制得樣品的TEM圖；圖4為實施例I制得樣品的HRTEM圖；圖5為SnO2和實施例I制得的Sn02/SnS2樣品的紫外-可見漫反射光譜圖；圖6為SnO2和實施例I制得的Sn02/SnS2樣品的低溫氮氣吸附-脫附曲線圖；圖7為SnO2和實施例I制得的Sn02/SnS2樣品的孔徑分布圖；圖8為SnO2和實施例I制得的Sn02/SnS2樣品在可見光(\ >420nm)下光催化降解羅丹明B (IOmg. L—1)活性圖；圖9為實施例I制得的Sn02/SnS2樣品在在可見光(\ >420nm)下催化降解羅丹明B (IOmg. L—1)活性套用圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細、完整的說明實施例I(I)稱取3. 5mmol的SnCl2. 2H20，超聲溶解于IOmL叔丁醇中，向其中加入5mL甘油和2. 25mL環(huán)己烷，攪拌，裝釜，放入200 V烘箱反應(yīng)18h。離心，清洗沉淀，80°C真空烘干，再經(jīng)500°C焙燒4h，即可得到SnO2納米顆粒。(2)在室溫條件下，選取SnO2納米顆粒分散于去離子水中，向其中加入足夠過量的硫代乙酰胺，攪拌30min，將該溶液轉(zhuǎn)移到50mL的水熱釜中，在160°C烘箱放置30h，用去離子水和乙醇反復洗滌，離心，80°C真空烘干，即可得到樣品。附圖I為實施例I制得樣品的XRD圖，與標準的XRD卡片對比可知，該SnS2是屬于六方相的。由圖2可以看出，SnS2為六邊形納米片結(jié)構(gòu)，SnO2則為納米顆粒，均勻的分散在SnS2納米片上。由圖3可以清晰的看到，SnO2納米粒子具有高度的分散性，粒子的平均直徑約為20nm。Sn02/SnS2的微觀結(jié)構(gòu)進一步由高分辨透射電鏡進行分析觀察,從圖4可以看出SnO2和SnS2清晰的晶格條紋，SnO2納米顆粒的晶格間距(0. 25nm)與四方相的SnO2(IOl)面的晶格間距保持一致，而0. 18nm相當于六方相SnS2(IlO)面的晶格間距，SnO2與SnS2晶體相互間是通過結(jié)(異質(zhì)結(jié))的作用緊密綁定在一起的。圖5為SnO2和實施例I制得的Sn02/SnS2樣品的紫外-可見漫反射光譜圖，在紫外光區(qū)域，兩者均表現(xiàn)出很強的吸收，而在可見光區(qū)域，Sn02/SnS2復合物表現(xiàn)出了很強的吸收，說明樣品對光的響應(yīng)成功的從紫外光拓展到可見光，提高了對太陽光的利用率。圖6和圖7分別為SnO2和實施例I制得的Sn02/SnS2樣品的氮氣吸附_脫附等溫線和孔徑分布圖，圖中可以看出其脫附-吸附可逆性極好，復合物的比表面積有了顯著的提高。圖8為SnO2和實施例I制得的Sn02/SnS2樣品在可見光(\ >420nm)下光催化降解羅丹明B (lOmg. L-1)活性圖，通過對比的得知，SnO2在可見光下幾乎不顯示催化活性，而Sn02/SnS2樣品在光照4h后降解率基本可達到100%，顯示出很好的光催化性能。附圖9則說明通過該法制備的Sn02/SnS2樣品具有很好的穩(wěn)定性，重復使用8次光催化活性基本保持 不變。實施例2重復實施例I的操作步驟，不同之處在于步驟(2)中加入L-半胱氨酸代替硫代乙酰胺，結(jié)果和實施例I類似，但是比實施例I所得樣品的結(jié)晶度低。實施例3重復實施例I的操作步驟，不同之處在于步驟(2)中烘箱中進行離子交換反應(yīng)的溫度設(shè)置為140°C，結(jié)果和實施例I類似，但是比實施例I所得樣品的結(jié)晶度低。實施例4重復實施例I的操作步驟，不同之處在于步驟(2)中烘箱中進行離子交換反應(yīng)的溫度設(shè)置為170°C，結(jié)果和實施例I類似。實施例5重復實施例I的操作步驟，不同之處在于步驟(2)中在烘箱中進行離子交換反應(yīng)的放置時間為12h，結(jié)果和實施例I類似，但是SnO2納米顆粒的量較多，SnS2納米片成型較少。實施例6重復實施例I的操作步驟，不同之處在于步驟(2)中在烘箱中進行離子交換反應(yīng)的放置時間為48h，結(jié)果和實施例I類似。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法,其特征在于 其步驟如下 (1)SnO2納米顆粒的制備稱取3.5mmol的SnCl2. 2H20，超聲溶解于IOmL叔丁醇中，向其中加入一定量的甘油和2. 25mL環(huán)己烷，攪拌，裝釜，放入200°C烘箱反應(yīng)18h ;離心，清洗沉淀，80°C真空烘干，再經(jīng)500°C焙燒4h，即可得到SnO2納米顆粒； (2)Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)的制備在室溫條件下，選取步驟(I)制備出的SnO2納米顆粒分散于去離子水中，向其中加入足夠過量的硫源，攪拌30min后，將該溶液轉(zhuǎn)移到50mL的水熱釜中，置于烘箱中進行離子交換反應(yīng)，用去離子水和乙醇反復洗滌，離心，80°C真空烘干，SP可得到樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(I)中的甘油的量為5mL。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(2)硫源選自硫代乙酰胺或L-半胱氨酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種Sn02/SnS2異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于 離子交換反應(yīng)的溫度為140 180°C，反應(yīng)時間為6 48h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SnO2/SnS2異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，它包括如下步驟(1)醇熱法制備SnO2納米顆粒;(2)離子交換法原位合成SnO2/SnS2異質(zhì)結(jié)。此法的優(yōu)點是制備過程簡便、反應(yīng)條件可控性強，更為重要的是能使SnO2和SnS2均勻復合，從而提供更穩(wěn)定的接觸來傳導電荷和防止自聚。在可見光(>420nm)照射下，表現(xiàn)出了良好的光催化活性，其中以釜熱30h時候最佳，4h后降解率基本可達到100%，它在環(huán)境治理尤其是染料廢水水污染處理方面有著潛在的應(yīng)用價值。
文檔編號B01J27/04GK102671676SQ20121016501
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者吳玲, 張巖琛, 李和興, 李芳 , 李貴生 申請人:上海師范大學