一种铁锡氧化物纳米材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种铁锡氧化物纳米材料的制备方法，包括以下步骤，将可溶性铁源、可溶性锡源、硬硅钙石纳米线和水混合形成反应溶液，再进行水热反应后，得到铁锡氧化物纳米颗粒。本发明专利技术利用一维材料作为模板和诱导剂诱导合成铁锡氧化物颗粒，以一维的硬硅钙石纳米线为模板和诱导剂，将铁源和锡源经水热反应得到铁锡氧化物纳米颗粒，能够使制得的铁锡氧化物纳米颗粒形状均匀，尺寸均一；而且此方法无需复杂设备，实验操作简单，易于宏量制备，有利于工业化实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属功能纳米材料
，涉及一种铁锡氧化物纳米材料及其制备方法、应用。
技术介绍
在众多金属氧化物中，氧化铁因为其优良的带隙(2.2eV)，在氧化环境中的稳定性以及低成本而备受关注，但由于吸附性较差、激发态寿命短、析氧反应动力学较低等特点，氧化铁在光电催化、锂离子电池等领域中的发展受到的限制。因此，研究者将其他氧化物与氧化铁复合，形成基于氧化铁的金属氧化物复合材料，如与氧化硅、氧化钛、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钼、氧化铬、氧化锡等氧化物的复合。当今全球都高度关注的环保领域，随着大气中CO2浓度的持续升高，人们需要采取措施避免气候变化和海洋酸化带来的负面效应。稳定大气中CO2的水平既需要减少CO2排放，又需要积极的除去大气的CO2。因此，人们希望在催化过程中利用CO2制备有价值的化学试剂和燃料，在此过程中大量CO2被转化为可再生能源。美国化学学会杂志2014年第136卷1734页中报道了使用高表面积的氧化锡纳米晶体，通过水热方法，制成可将二氧化碳还原成甲酸的电催化剂，但该方法制备出样品形貌不可控，导致电催化CO2还原性能不稳定，不适合批量生产。英国自然基团《自然化学》期刊2014年第8卷，320页起报道了有效合成Ni-Ga催化剂的方法，这种催化剂可以电催化二氧化碳还原成甲醇并具有良好的选择性。然而，这种催化剂的制备方法能耗大，不易宏量制备。随着金属氧化物复合材料的进一步发展，如何开发出更多的金属氧化物纳米复合材料，并应用于更多的
，以及如何更好的优化制备过程，使其更适于实现大批量生产化，已成为业内普遍关注的焦点之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种铁锡氧化物纳米材料及其制备方法、应用，特别是采用铁锡氧化物纳米材料在催化剂领域方面的应用，本专利技术设计合成的铁锡氧化物功能纳米材料，颗粒形状均匀，尺寸均一，制备方法简单，有利于工业化实现；而且能够用于电催化CO2还原，并且通过制备过程来改变材料的催化性能。本专利技术提供了一种铁锡氧化物纳米材料的制备方法，包括以下步骤：A)将可溶性铁源、可溶性锡源、硬硅钙石纳米线和水混合形成反应溶液，再进行水热反应后，得到铁锡氧化物纳米颗粒。优选的，所述可溶性铁源包括二价可溶性铁源和/或三价可溶性铁源；所述硬硅钙石纳米线包括硬硅钙石纳米线分散液。优选的，所述可溶性铁源包括硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、乙酰丙酮铁和硫酸亚铁铵中的一种或多种；所述可溶性锡源包括硫酸锡和/或氯化锡。优选的，所述硬硅钙石纳米线分散液的浓度为5～30mg/mL；所述反应溶液中，所述可溶性铁源的浓度为0.01～0.5mol/L；所述锡离子的浓度为0.01～0.5mol/L；所述硬硅钙石纳米线的浓度为0.001～0.5mg/mL。优选的，所述硬硅钙石纳米线由以下步骤制备：1)向硅酸钠水溶液中，加入硝酸钙得到悬浮液，再进行水热合成后，得到硬硅钙石纳米线；所述悬浮液中，所述硅酸钠的浓度为0.1～1mol/L；所述硝酸钙的浓度为0.1～1mol/L。优选的，所述悬浮液中，所述Ca元素与所述Si元素的质量比为0.8～1.2；所述水热反应的温度为100～200℃，所述水热反应的时间为0.5～24h；所述水热合成的温度为180～220℃。本专利技术提供了一种铁锡氧化物纳米材料，所述铁锡氧化物纳米材料为具有球形或椭球形的纳米颗粒；所述铁锡氧化物中铁元素和锡元素的摩尔比为(0.01～10)：(10～0.01)。优选的，所述铁锡氧化物纳米材料的粒径为20～70nm。本专利技术还提供了上述技术方案任意一项所制备的铁锡氧化物纳米材料或上述技术方案任意一项所述的铁锡氧化物纳米材料在催化剂方面的应用。优选的，所述催化剂为电催化二氧化碳还原用催化剂。本专利技术提供了一种铁锡氧化物纳米材料的制备方法，包括以下步骤，将可溶性铁源、可溶性锡源、硬硅钙石纳米线和水混合形成反应溶液，再进行水热反应后，得到铁锡氧化物纳米颗粒。与现有技术相比，本专利技术针对现有金属氧化物复合材料的制备过程，制备的样品形貌不可控的缺陷，导致应用的局限性；同时还存在能耗大的问题，工业化前景差。本专利技术利用一维材料作为模板和诱导剂诱导合成铁锡氧化物颗粒，以一维的硬硅钙石纳米线为模板和诱导剂，将铁源和锡源经水热反应得到铁锡氧化物(FexSn1-xO2-0.5x)纳米颗粒，能够使制得的铁锡氧化物纳米颗粒形状均匀，尺寸均一；而且此方法无需复杂设备，实验操作简单，易于宏量制备，有利于工业化实现。实验结果表明，在铁锡氧化物做催化剂的条件下，可以有效地将二氧化碳转化为甲醇燃料，其转化效率能够达到90.16％。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的铁锡氧化物纳米颗粒的扫描电镜照片；图2为本专利技术实施例1制备的铁锡氧化物纳米颗粒的透射电镜照片；图3为本专利技术实施例1制备的铁锡氧化物纳米颗粒的高分辨率透射电镜照片；图4为本专利技术实施例1制备的铁锡氧化物纳米颗粒的X射线衍射图谱；图5为本专利技术实施例1制备的铁锡氧化物纳米颗粒的电子分散X射线光谱图像；图6为本专利技术实施例1制备的铁锡氧化物纳米颗粒在CO2和N2饱和溶液中(0.5mol/LKHCO3)的线性扫描伏安曲线；图7为本专利技术实施例1制备的铁锡氧化物纳米颗粒电催化CO2还原液体产物的核磁共振图；图8为本专利技术实施例2制备的铁锡氧化物纳米颗粒的透射电镜照片；图9为本专利技术实施例3制备的铁锡氧化物纳米颗粒的透射电镜照片；图10为本专利技术实施例4制备的铁锡氧化物纳米颗粒的透射电镜照片；图11为本专利技术实施例5制备的铁锡氧化物纳米颗粒的透射电镜照片；图12为本专利技术实施例6制备的铁锡氧化物纳米颗粒的透射电镜照片；图13为本专利技术实施例7制备的铁锡氧化物纳米颗粒的透射电镜照片；图14为本专利技术实施例8制备的铁锡氧化物纳米颗粒的透射电镜照片；图15为本专利技术实施例9制备的铁锡氧化物纳米颗粒的透射电镜照片；图16为本专利技术实施例9制备的铁锡氧化物纳米颗粒在CO2和N2饱和溶液中(0.5mol/LKHCO3)的线性扫描伏安曲线；图17为本专利技术实施例10制备的铁锡氧化物纳米颗粒的透射电镜照片；图18为本专利技术实施例10制备的铁锡氧化物纳米颗粒在CO2和N2饱和溶液中(0.5mol/LKHCO3)的线性扫描伏安曲线。具体实施方式为了进一步了解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点而不是对本专利技术专利要求的限制。本专利技术所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本专利技术所有原料，对其纯度没有特别限制，本专利技术优选采用分析纯或金属氧化物复合材料领域常规的纯度即可。本专利技术提供了一种铁锡氧化物纳米材料的制备方法，包括以下步骤：A)将可溶性铁源、可溶性锡源、硬硅钙石纳米线和水混合形成反应溶液，再进行水热反应后，得到铁锡氧化物纳米颗粒。本专利技术对所述水热反应的具体条件和步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的水热反应的具体条件和步骤即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、原料情况以及产品要求进行选择和调整，本专利技术所述水热反应的温度优选为100～200℃，更优选为120～180℃，最优选为140～160℃；本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁锡氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将可溶性铁源、可溶性锡源、硬硅钙石纳米线和水混合形成反应溶液，再进行水热反应后，得到铁锡氧化物纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种铁锡氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将可溶性铁源、可溶性锡源、硬硅钙石纳米线和水混合形成反应溶液，再进行水热反应后，得到铁锡氧化物纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性铁源包括二价可溶性铁源和/或三价可溶性铁源；所述硬硅钙石纳米线包括硬硅钙石纳米线分散液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性铁源包括硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、乙酰丙酮铁和硫酸亚铁铵中的一种或多种；所述可溶性锡源包括硫酸锡和/或氯化锡。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述硬硅钙石纳米线分散液的浓度为5～30mg/mL；所述反应溶液中，所述可溶性铁源的浓度为0.01～0.5mol/L；所述锡离子的浓度为0.01～0.5mol/L；所述硬硅钙石纳米线的浓度为0.001～0.5mg/mL。5.根据权利要求1～4任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述硬硅钙石纳米线由以下步骤制...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞书宏，刘洋溢，常芙嘉，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34