一种羟基锡酸铁/石墨烯复合光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于无机催化材料领域，具体涉及一种羟基锡酸铁/石墨烯复合光催化剂及其制备方法。本发明专利技术先制备出氧化石墨和羟基锡酸铁粉末，再配制成溶液，混合搅拌后转移到反应釜中在高温箱式炉中反应5~8h，此过程中氧化石墨被还原成石墨烯，并与FeSnO(OH)5复合，离心洗涤后，烘干、研磨，制备得到FeSnO(OH)5/石墨烯复合光催化剂。本发明专利技术的优点在于：制备的成本低，制备工艺简单，FeSnO(OH)5负载在石墨烯上粒径分布均匀，在20nm‑40nm范围，所制得的FeSnO(OH)5/石墨烯复合材料作为光催化剂，吸收光的波段宽，对可见光的利用率大，光催化反应中电子‑空穴对复合的概率低，光催化活性高。

【技术实现步骤摘要】
一种羟基锡酸铁/石墨烯复合光催化剂及其制备方法
本专利技术属于无机催化材料领域，具体涉及一种羟基锡酸铁/石墨烯复合光催化剂及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着工业化的进程推进和科技的进步，社会经济发展迅速，人们的生活水平显著提高，但是随之而来的能源和环境问题日益显著。为了解决这两大难题，一方面，人类应当注意节约能源、保护环境，另一方面，积极研究寻找出新的清洁能源也是一个重要环节。地球上有着丰富的太阳能资源，采用光催化技术不仅可以将绿色、充足、环保的太阳能转化为电能和化学能，还可以直接用于降解污染物。因此，光催化技术是解决当前社会能源短缺和环境污染问题的理想途径。光催化是当今化学、材料和环境领域的研究热点，其应用范围广泛，如污水处理、空气净化、太阳能利用、抗菌和自清洁功能等。目前，常用的光催化剂为TiO2和ZnO等这些一元氧化物和多种复合型氧化物，但这些光催化剂有着一些相同的缺陷，主要是光生电子-空穴对复合概率高和对光的利用效率太低等。石墨烯是指紧密排列成二维蜂巢状晶体点阵的单层碳原子。2004年，曼彻斯特大学的两位研究者AndreGeim和KostyaNovoselov等成功地从石墨中分离出石墨烯。石墨烯是一种具有巨大的比表面积、优异的导电性能和力学性能的纳米材料，在室温下具有较高的电子迁移率。而羟基锡酸盐材料属于钙钛矿结构，结构稳定，具有较高的禁带宽度与吸附能力，光催化有机物降解以及杀菌方面都体现了重要的应用前景。羟基锡酸盐作为一种禁带宽度较大的半导体材料，光照后，其产生的光生电子-空穴对的氧化还原电势也较大。同时，属于羟基化合物的FeSnO(OH)5、ZnSn(OH)6的表面分布有许多的羟基自由基，使得这类化合物的载流子迁移速率较大。因而，这些优异的性质决定了羟基锡酸盐在光催化方面有着非常重要的应用前景。CN103599769A公开的是先在高温反应釜中合成羟基锡酸盐，然后再在用紫外光辅助还原制得ZnSn(OH)6纳米立方颗粒/石墨烯三明治结构复合材料，并且需要在惰性气体保护下完成。而本专利技术先是无需高温反应制得羟基锡酸铁，然后利用水热法制备FeSnO(OH)5/石墨烯复合光催化剂，本专利技术制备复合催化剂的工艺更简单，设备要求低，制备效率更高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种羟基锡酸铁/石墨烯复合光催化剂及其制备方法。本专利技术制得的FeSnO(OH)5/石墨烯复合材料作为光催化剂，吸收光的波段宽，对可见光的利用率大，光催化反应中电子-空穴对复合的概率低，光催化活性高，催化效率高。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种羟基锡酸铁/石墨烯复合光催化剂：首先制备出氧化石墨和羟基锡酸铁粉末，再配制成溶液，混合搅拌后转移到反应釜中在高温箱式炉中反应5~8h，此过程中氧化石墨被还原成石墨烯，并与FeSnO(OH)5复合，将反应得到的溶液离心洗涤后，再经烘干、研磨，制备得到FeSnO(OH)5/石墨烯复合光催化剂。一种制备如上所述的羟基锡酸盐/石墨烯复合光催化剂的方法，包括以下步骤：（1）氧化石墨的合成将1~3g石墨粉和0.5g~1.5g硝酸钠固体粉末倒入23~69mL质量分数为98%的浓硫酸中，保持溶液温度在0℃左右，充分搅拌1h。之后缓慢加入3~8g高锰酸钾固体，充分搅拌2h，期间温度控制在低于15℃。搅拌完全后升温至38℃，再搅拌1h。接着向溶液倒入100~300mL的去离子水中，搅拌1h，温度控制在92℃左右。搅拌完后冷却，冷却到60℃时，加入20~70mL质量分数为30%双氧水溶液，使得溶液变为金色或者土黄色。最后，将得到的浆料用质量分数为5%的盐酸离心洗涤，直到用氯化钡检测得到的洗涤液中无沉淀，pH为5，将洗涤后得到的固态物质烘干，之后研磨精细，便可得到氧化石墨粉末。（2）羟基锡酸铁（FeSnO(OH)5）的合成称取5~20mmol的FeSO4·7H2O固体粉末加入到装有去离子水的烧杯中，在室温下搅拌，直到完全溶解，将5~20mmol的Na2SnO3·4H2O固体粉末在去离子水中溶解，加入到FeSO4的溶液中，在0~80℃条件下搅拌3~8h，离心取沉淀物，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤3~5次，放入烘箱在70~100℃的条件下，干燥8~12h。（3）FeSnO(OH)5/石墨烯的合成称取0.01~0.1g的氧化石墨加入到盛有去离子水的烧杯中，超声1~2h，再称取0.1~0.2g的FeSnO(OH)5粉末，使其溶解在25mL的盐酸溶液中，然后加入到上述溶液中剧烈搅拌，直到溶液变得通透，将搅拌好的溶液转移到反应釜中，放入高温箱式炉中反应，反应完成后倒出，离心，用去离子水洗涤3次，将得到的沉淀物放入烘箱中烘干，然后研磨精细，便可得到FeSnO(OH)5/石墨烯复合光催化剂。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术所采用的工艺简单，对设备要求低，易于实施，制备成本低；而且制得FeSnO(OH)5颗粒分布均匀，尺寸均一，形貌良好。（2）FeSnO(OH)5负载在石墨烯上粒径分布均匀，在20nm-40nm范围，所制得的FeSnO(OH)5/石墨烯复合材料作为光催化剂，吸收光的波段宽，对可见光的利用率大。（3）在催化剂FeSnO(OH)5/石墨烯的用量为0.02g，加入到80mL亚甲基蓝溶液（10mg/L）中使用氙灯光源来激发光催化反应的条件下（λ>420nm），测试得到其在光催化反应进行60min、120min后，对亚甲基蓝溶液降解率都明显大于以纯的FeSnO(OH)5作为催化剂的降解率，光催化性能优异，对可见光的利用率增大，光催化活性高。附图说明图1是所制备的光催化剂的XRD谱图，图1中a为实施例1的谱图，图1中b为对比例1的谱图；图2是实施例1制备的光催化剂的扫描电镜照片，图2中a图为放大倍数5000倍照片，图2中b图为放大倍数50000倍照片；图3是实施例1、实施例2、实施例3、对比例1制备的光催化剂的光催化降解亚甲基蓝溶液的性能图片。具体实施方式本专利技术用下列实施例来进一步说明本专利技术，但本专利技术的保护范围并不限于下列实施例。实施例1光催化剂化学式：FeSnO(OH)5/G，其制备过程包括以下步骤：（1）氧化石墨的合成将1g石墨粉和0.5g硝酸钠固体粉末加入到23mL质量分数为98%浓硫酸中，保持溶液温度在0℃左右，充分搅拌1h。之后缓慢加入3g高锰酸钾（平均每5min1g），充分搅拌2h，期间温度控制在低于15℃，最好保持在0℃左右。搅拌完全后升温至38℃，再搅拌1h。接着将溶液倒入100mL去离子水中，搅拌1h，温度控制在92℃左右。搅拌完后冷却，冷却到60℃时，加入24mL质量分数为30%的双氧水溶液，使得溶液变为金色或土黄色。最后，将得到的浆料用质量分数为5%的盐酸离心洗涤，重复多次，直到用氯化钡检测得到的洗涤液中无沉淀，pH为5，将洗涤后得到的固态物质烘干，之后研磨精细，便可得到氧化石墨粉末。（2）羟基锡酸铁（FeSnO(OH)5）的合成称10mmol的FeSO4·7H2O固体粉末加入到100mL去离子水中，在室温下搅拌，直到完全溶解，将10mmol的Na2SnO3·4H2O固体粉末在20mL去离子水中溶解，加入到FeSO4的溶液中，在0℃水浴的条件下搅拌5h，离心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种羟基锡酸铁/石墨烯复合光催化剂，其特征在于：复合光催化剂为将羟基锡酸铁FeSnO(OH)5负载在石墨烯上，是一种FeSnO(OH)5/石墨烯复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种羟基锡酸铁/石墨烯复合光催化剂，其特征在于：复合光催化剂为将羟基锡酸铁FeSnO(OH)5负载在石墨烯上，是一种FeSnO(OH)5/石墨烯复合光催化剂。2.一种制备如权利要求1所述的羟基锡酸铁/石墨烯复合光催化剂的方法，其特征在于：首先制备出氧化石墨和羟基锡酸铁粉末，再配制成溶液，混合搅拌后转移到反应釜中在高温箱式炉中反应5~8h，此过程中氧化石墨被还原成石墨烯，并与FeSnO(OH)5复合，将反应得到的溶液离心洗涤后，再经烘干、研磨，制备得到FeSnO(OH)5/石墨烯复合光催化剂。3.根据权利要求2所述的羟基锡酸铁/石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：（1）氧化石墨的合成将1~3g石墨粉和0.5~1.5g硝酸钠固体粉末倒入23~69mL质量分数为98%的浓硫酸中，保持溶液温度在0℃左右，充分搅拌1h，之后缓慢加入3~8g高锰酸钾固体，充分搅拌2h，期间温度控制在低于15℃，搅拌完全后升温至38℃，再搅拌1h。接着向溶液倒入100~300mL去离子水中，搅拌1h，温度控制在92℃左右，搅拌完后冷却，冷却到60℃时，加入20~70mL质量分数30%双氧水溶液，使得溶液变为金色或者土黄色；最后，将得到的浆料用质量分数5%的盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞瀚，吴继耀，田树杭，洪峰毅，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35