二氧化锡、二氧化钛半导体耦合、离子反掺杂光催化纳米纤维材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种SnO

Method for preparing two oxide tin, titanium dioxide semiconductor coupling and ion reverse doped nano fiber material

The present invention provides a SnO

【技术实现步骤摘要】
二氧化锡、二氧化钛半导体耦合、离子反掺杂光催化纳米纤维材料的制备方法
本专利技术涉及一种离子掺杂的纤维结构光催化纳米材料的制备，尤其涉及一种SnO2、TiO2半导体耦合、离子反掺杂光催化纳米纤维材料的制备方法，属于光催化

技术介绍
SnO2和TiO2由于良好的化学稳定性、高催化活性、强抗氧化能力等优点，使其在光催化方面的应用较突出。但由于它们是宽带隙半导体（SnO2：Eg=3.5eV，TiO2：Eg=3.2eV），只能用紫外光激发，而太阳光中的紫外光仅占5%左右，加之其光生电荷e--h+复合率高，从而限制了其规模化的应用。金属离子的掺杂和半导体耦合是目前较为常用的两种改性方法。一直以来，研究者们在研究半导体耦合的时候忽略一重要的现象—离子反掺杂现象的存在。例如，大量的研究已经证明，在制备TiO2的过程中若存在另一金属离子（如Fe3+），Fe3+离子就会自动进入到TiO2的晶格中，从而实现TiO2中金属离子Fe3+的掺杂。当然，采用不同的制备方法，可以实现金属离子Fe3+在TiO2中的不同分布。再如，在半导体TiO2和Fe2O3耦合材料TiO2-Fe2O3的制备中，若在TiO2相形成时有Fe3+存在，或Fe2O3相形成时有Ti4+存在，那么在所得的耦合材料TiO2-Fe2O3中一定存在离子的反掺杂现象，即Fe3+离子进入到TiO2相中，Ti4+离子进入到Fe2O3相中。而金属离子的这种反掺杂和半导体的耦合不仅可以改变其能带结构，而且可以在样品晶格中引入不同的结构缺陷，从而有利于拓宽光的吸收范围和光生e--h+对的分离，使其光催化性能得以提升。专利技术内容本专利技术是提供了一种SnO2、TiO2半导体耦合光催化纳米纤维材料的制备方法，更重要的是证明了半导体耦合SnO2-TiO2材料中离子反掺杂现象的存在。一、光催化纳米纤维材料的制备本专利技术SnO2、TiO2半导体耦合、离子反掺杂光催化纳米纤维材料的制备方法，是将脱脂棉纤维(CF)在SnCl4·5H2O和Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中浸泡25~35min，使Sn4+、Ti4+吸附在棉花纤维表面，自然干燥得前驱材料(Sn4++Ti4+)/CF；再将该前驱材料于590~610℃下煅烧110~130min以除去模板，即得SnO2、TiO2半导体耦合、离子反掺杂光催化纳米纤维材料。在SnCl4·5H2O和Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中，Sn4+的物质的量含量为0.02~0.04%时，不会有SnO2相的形成，制得Sn4+掺杂的TiO2中空纳米纤维结构光催化材料Sn4+/TiO2。在SnCl4·5H2O和Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中，Ti4+的物质的量含量为0.02~0.04%时，不会有TiO2相形成，制得Ti4+掺杂的SnO2中空纳米纤维结构光催化材料Ti4+/SnO2。在SnCl4·5H2O和Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中，Sn4+的物质的量含量为14.50~15.50%时，保证SnO2相的生成，得到以TiO2为主体、SnO2和TiO2耦合、离子反掺杂中空纳米纤维结构光催化材料Ti4+/SnO2@Sn4+/TiO2。在SnCl4·5H2O和Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中，Ti4+的物质的量含量为24.50~25.50%时，保证TiO2相的生成，得到以SnO2为主体、SnO2和TiO2耦合、离子反掺杂中空纳米纤维结构光催化材料Sn4+/TiO2@Ti4+/SnO2。二、光催化纳米纤维材料的结构表征图1为样品TiO2、Sn4+/TiO2~0.03%和Ti4+/SnO2@Sn4+/TiO2~15.00%的XRD结果。由图1a可以看出，三种样品的XRD中均出现了锐钛矿型TiO2(A-TiO2)的衍射峰（与标准卡片JCPDSNo.21-1272完全吻合），但其衍射峰强度随TiO2、Sn4+/TiO2~0.03%和Ti4+/SnO2@Sn4+/TiO2~15.00%依次减弱（Ti4+/SnO2@Sn4+/TiO2~15.00%尤其显著）；相对于TiO2，样品Sn4+/TiO2~0.03%和Ti4+/SnO2@Sn4+/TiO2~15.00%的衍射峰还向低衍射角（2θ）方向发生了位移（分别为：25.31°→25.23°，移动了0.08°；25.31°→25.16°，移动了0.15°）（见图1b）。另外，样品Ti4+/SnO2@Sn4+/TiO2~15.00%的XRD中还出现了SnO2的衍射峰，说明该样品中同时有TiO2和SnO2相的存在。图2为样品SnO2、Ti4+/SnO2~0.03%和Sn4+/TiO2@Ti4+/SnO2~25.00%的XRD结果。同样可以看出，三种样品的XRD中均出现了SnO2的衍射峰（与标准卡片JCPDSNo.41-1445完全吻合），其衍射峰强度随SnO2、Ti4+/SnO2~0.03%和Sn4+/TiO2@Ti4+/SnO2~25.00%略有减弱；相对于SnO2，样品Ti4+/SnO2~0.03%和Sn4+/TiO2@Ti4+/SnO2~25.00%的衍射峰向高衍射角（2θ）方向发生了显著位移（分别为26.20°→26.61°，移动了0.41°；26.20°→26.53°，移动了0.33°）（见图2b）。类似地，样品Sn4+/TiO2@Ti4+/SnO2~25.00%的XRD中还出现了A-TiO2的衍射峰，说明该样品中同时有SnO2和TiO2相的存在。在这里衍射峰强度主要与样品的结晶性能、晶格缺陷有关。Sn4+（0.0690nm）和Ti4+（0.0605nm）具有比较相近的离子半径。从样品Sn4+/TiO2~0.03%（见图1）和Ti4+/SnO2~0.03%（见图2）的XRD结果可以看出，Sn4+进入TiO2的晶格并取代了部分较小半径的Ti4+，导致TiO2晶胞的变形~增大，从而使衍射峰向低衍射角方向发生位移，同时使TiO2的结晶性能降低；而Ti4+进入到SnO2的晶格并取代了部分半径较大的Sn4+，导致SnO2晶胞的变形~减小，从而使衍射峰向高衍射角方向发生位移，同时使SnO2的结晶性能略有降低。更值得指出的是：样品Ti4+/SnO2@Sn4+/TiO2~15.00%中TiO2的衍射峰也向低衍射角方向发生位移，而样品Sn4+/TiO2@Ti4+/SnO2~25.00%中SnO2的衍射峰向高衍射角方向发生位移。该结果说明：在样品Ti4+/SnO2@Sn4+/TiO2~15.00%中，Sn4+在形成客体相SnO2的同时，也有部分Sn4+离子进入到主体相TiO2中，即样品Ti4+/SnO2@Sn4+/TiO2~15.00%中的主体相TiO2实际上是客体相的金属离子Sn4+掺杂的。同样，样品Sn4+/TiO2@Ti4+/SnO2~25.00%中主体相SnO2实际上是客体相的金属离子Ti4+掺杂的。可想而知，主体相的金属离子进入到客体相便是自然的事。图3为样品TiO2(a)、Sn4+/TiO2~0.03%(b)、Ti4+/SnO2@Sn4+/TiO2~15.00%(c)、SnO2(d)、Ti4+/SnO2~0.03%(e)、Sn4+/TiO2@Ti4+/SnO2~25.00%(f)的SEM图。从SEM图可以看出，所制得的样品均复本文档来自技高网...

【技术保护点】
SnO

【技术特征摘要】
1.SnO2、TiO2半导体耦合、离子反掺杂光催化纳米纤维材料的制备方法，是将脱脂棉纤维在SnCl4·5H2O和Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中浸泡25~35min，使Sn4+、Ti4+均匀吸附在CF表面，自然干燥可得前驱材料(Sn4++Ti4+)/CF；将该前驱材料于590~610℃下煅烧110~130min以除去棉花纤维模板，可得SnO2、TiO2半导体耦合、离子反掺杂光催化纳米纤维材料。2.如权利要求1所述SnO2、TiO2半导体耦合、离子反掺杂光催化纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：在SnCl4·5H2O和Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中，Sn4+的物质的量含量为0.02~0.04%时，没有SnO2相的形成，得到Sn4+掺杂的TiO2中空纳米纤维结构材料Sn4+/TiO2。3.如权利要求1所述SnO2、TiO2半导体耦合、离子反掺杂光催化纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：在SnCl4·5H2O和Ti(OC...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏碧桃，邵彩萍，张丽娜，王爽，韩丽娟，李岚，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62