SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及光催化领域，进一步涉及SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料及其制备方法和应用。该复合材料包括微纳米结构富勒烯和SnO2，其中：所述微纳米结构作为主体，所述SnO2负载于所述微纳米结构富勒烯表面上。其制备方法包括：将微纳米结构富勒烯分散在水中得分散液；将SnO2前体、络合剂和还原剂加入到分散液中，在加热搅拌回流的条件下进行反应，待溶液冷却，分离得到。本发明专利技术实施例还提供了该复合材料在有机污染物光催化降解中的应用。该复合材料结构新颖、性能优异，作为光催化剂使用时，SnO2和微纳米结构富勒烯的能带结构匹配度高，电子‑空穴复合率低，量子效率好，光利用率高，光催化活性好。

SnO_2 Modified Fullerene Composites with Micro-and Nano-Structures and Their Preparation and Application

The present invention relates to the field of photocatalysis, and further relates to SnO 2 modified fullerene nanocomposites, their preparation methods and applications. The composite material comprises micro-nanostructured fullerenes and SnO 2, in which the micro-nanostructured fullerenes act as the main body and the SnO 2 is loaded on the surface of the micro-nanostructured fullerenes. The preparation method includes: dispersing micro- and nano-structured fullerenes in water to separate dispersions; adding SnO 2 precursors, complexing agents and reducing agents into dispersions, reacting under the condition of heating, stirring and reflux, and cooling the solution to separate them. The embodiment of the invention also provides the application of the composite material in photocatalytic degradation of organic pollutants. The composite material has novel structure and excellent performance. When used as photocatalyst, SnO 2 and micro-nanostructured fullerenes have high energy band structure matching, low electron-hole recombination rate, good quantum efficiency, high light utilization rate and good photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及光催化领域，进一步涉及SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
半导体光催化技术由于具有低能耗、低温深度反应、低成本、无二次污染、净化彻底和可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等特性，而成为一种绿色的环境污染治理技术。SnO2(二氧化锡)是一种带隙很宽的半导体，在室温下的禁带宽度和激子束缚能分别为3.6eV和130meV，在可见光区几乎没有吸收,因此光能利用率低。富勒烯是一种具有良好的光学特性和量子特性的碳材料，在半导体、光电和能量储存等领域具有巨大的应用潜力。在以前的研究中，将半导体和富勒烯分子复合作为光催化剂时通常是用半导体材料作为主催化剂，富勒烯分子以无定形的方式少量负载到半导体的表面做共催化剂，但这种形式的二元催化剂对可见光吸收仍然极少，常常需要再额外负载其他材料，如：光敏剂等。此外，富勒烯分子通过π堆积作用可以形成不同种类的超分子组装体，并且除了富勒烯分子本身的自组装外，富勒烯还可以与其他主体分子形成共组装体，给体/受体异质结等结构。然而，目前对于富勒烯分子在纳米尺度的有序自组装的理解以及自组装结构对于光电性能的影响仍很有限，有待更多探索。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
专利技术目的为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料及其制备方法和应用，该复合材料结构新颖、性能优异，该复合材料使用微纳米结构富勒烯作为主体，只需在其上负载微量的SnO2材料，即可实现高效的光催化反应；该复合材料作为光催化剂使用时，SnO2和微纳米结构富勒烯的能带结构匹配度高，复合材料上电子-空穴复合率低，量子效率好，光利用率高，光催化活性好。解决方案为实现本专利技术目的，本专利技术实施例提供了一种SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料，其包括微纳米结构富勒烯和SnO2，其中：所述微纳米结构富勒烯作为主体，所述SnO2负载于所述微纳米结构富勒烯表面上。上述SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料在一种可能的实现方式中，微纳米结构富勒烯与SnO2的摩尔比为1:0.05-0.5；可选地为1:0.1-0.3；进一步可选地为1:0.1-0.2；再进一步可选地为1:0.16。因无法确定1mol微纳米结构富勒烯中包括多少mol富勒烯小分子，从而无法确定微纳米结构富勒烯的摩尔量，因此，本专利技术中微纳米结构富勒烯的摩尔量通过以下方法计算，即：微纳米结构富勒烯的摩尔量＝微纳米结构富勒烯的质量÷富勒烯分子的相对分子量。本专利技术涉及微纳米结构富勒烯的摩尔比中均采用上述微纳米结构富勒烯的摩尔量的计算方法进行计算。本专利技术实施例还提供了一种SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料的制备方法，该制备方法包括下述步骤：将微纳米结构富勒烯分散在水中得分散液；将SnO2前体、络合剂和还原剂加入到分散液中，在加热搅拌回流的条件下进行反应，待溶液冷却，经过分离，得到SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料。上述SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或制备方法在一种可能的实现方式中，所述的微纳米结构富勒烯包括微纳米结构空心富勒烯或微纳米结构金属富勒烯，即：当微纳米结构富勒烯中的富勒烯分子为空心富勒烯分子时，将其称为微纳米结构空心富勒烯；当微纳米结构富勒烯中的富勒烯分子为金属富勒烯分子时，将其称为微纳米结构金属富勒烯。其中：所述微纳米结构空心富勒烯包括微纳米结构C60、微纳米结构C70、微纳米结构C76、微纳米结构C78、微纳米结构C84中的至少一种；所述微纳米结构金属富勒包括为微纳米结构A2C2@C2m或为微纳米结构B3N@C2m，其中A＝Sc、La、Y中的至少一种，B＝Sc、La、Y、Ho、Lu、Dy、Er中的至少一种，m＝39-44；可选的，所述微纳米结构富勒烯为微纳米结构C60或微纳米结构C70。上述SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或制备方法在一种可能的实现方式中，所述的微纳米结构富勒烯的形状包括管状、六棱柱状、微米针状、微米棒状、片状或多面体。上述SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或制备方法在一种可能的实现方式中，所述的微纳米结构富勒烯的尺度为微米尺度或纳米尺度中的至少一种。上述SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或制备方法在一种可能的实现方式中，所述微纳米结构富勒烯包括C60纳米片或C60纳米管。C60纳米片为包括多个C60分子的、片状的、纳米尺度的C60自组装体；C60纳米管即为包括多个C60分子的、管状的、纳米尺度的C60自组装体。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述的SnO2前体包括二氯化锡、四氯化锡或锡酸钠中的至少一种；可选的为二氯化锡。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述的络合剂包括柠檬酸或乙二胺四乙酸(EDTA)中的至少一种；可选的为柠檬酸。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述的还原剂包括硼氢化钠或尿素中的至少一种；可选的为硼氢化钠。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述的SnO2前体与微纳米结构富勒烯的摩尔比为1-4:1；可选地为1-3:1；进一步可选地为1-2:1。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述的SnO2前体与络合剂的摩尔比为1:1-1:10；可选的为1:1-2。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述的SnO2前体与还原剂的摩尔比为1:10-1:100；可选的为1:55-65，进一步可选地为1:60。上述制备方法在一种可能的实现方式中，加热搅拌回流的温度为100-140℃；所述的搅拌回流的时间为4-10h。上述SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或制备方法在一种可能的实现方式中，所述微纳米结构富勒烯的制备方法为液液界面自组装法，包括下述步骤：将富勒烯原料溶于良溶剂得到富勒烯良溶液，然后将富勒烯良溶液注入到不良溶剂中得到混合溶液，之后将混合溶液静置，析出的沉淀经过分离，得到微纳米结构富勒烯。上述SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或制备方法在一种可能的实现方式中，所述的富勒烯原料包括空心富勒烯原料或金属富勒烯原料，其中：所述空心富勒烯原料包括C60、C70、C76、C78、C84中的至少一种，所述金属富勒烯原料包括为A2C2@C2m或为B3N@C2m，其中A＝Sc、La、Y中的至少一种；其中B＝Sc、La、Y、Ho、Lu、Dy、Er中的至少一种；m＝39-44；可选的，富勒烯原料为C60或C70。上述SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或制备方法在一种可能的实现方式中，所述的良溶剂包括苯、甲苯、乙基苯、正丙基苯、异丙基苯、正丁基苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯或均三甲苯中的至少一种；所述的不良溶剂包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇或正庚醇中的至少一种。上述SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或制备方法在一种可能的实现方式中，所述的富勒烯良溶液的浓度为0.5-2mg/mL；每5-20mL富勒烯良溶液需要20-80mL不良溶剂。上述SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或制备方法在一种可能的实现方式中，微纳米结构富勒烯的制备方法中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料，其特征在于，其包括微纳米结构富勒烯和SnO2，其中：所述微纳米结构作为主体，所述SnO2负载于所述微纳米结构富勒烯表面上。

【技术特征摘要】
1.一种SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料，其特征在于，其包括微纳米结构富勒烯和SnO2，其中：所述微纳米结构作为主体，所述SnO2负载于所述微纳米结构富勒烯表面上。2.如权利要求1所述的SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料，其特征在于，微纳米结构富勒烯与SnO2的摩尔比为1:0.05-0.5；可选地为1:0.1-0.3；进一步可选地为1:0.1-0.2；再进一步可选地为1:0.16。3.一种SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下述步骤：将微纳米结构富勒烯分散在水中得分散液；将SnO2前体、络合剂和还原剂加入到分散液中，在加热搅拌回流的条件下进行反应，待溶液冷却，经过分离，得到SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料。4.如权利要求1所述的SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的微纳米结构富勒烯包括微纳米结构空心富勒烯或微纳米结构金属富勒烯，其中：所述微纳米结构空心富勒烯包括微纳米结构C60、微纳米结构C70、微纳米结构C76、微纳米结构C78、微纳米结构C84中的至少一种，所述微纳米结构金属富勒包括为微纳米结构A2C2@C2m或为微纳米结构B3N@C2m，其中A＝Sc、La、Y中的至少一种；其中B＝Sc、La、Y、Ho、Lu、Dy、Er中的至少一种；m＝39-44；可选的，微纳米结构富勒烯为微纳米结构C60或微纳米结构C70。5.如权利要求1所述的SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的微纳米结构富勒烯的形状包括管状、六棱柱状、微米针状、微米棒状、片状或多面体；和/或所述的微纳米结构富勒烯的尺度为微米尺度或纳米尺度中的至少一种。6.如权利要求1所述的SnO2修饰的微纳米结构富勒烯复合材料或权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的微纳米结构富勒烯包括C60纳米片或C60纳米管。7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的SnO2前体包括二氯化锡、四氯化锡或锡酸钠中的至少一种；可选的为二氯化锡；和/或所述的络合剂包括柠檬酸或EDTA中的至少一种；可选的为柠檬酸；和/或所述的还原剂包括硼氢化钠或尿素中的至少一种；可选的为硼氢化钠。8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的SnO2前体与微纳米结构富勒烯的摩尔比为1-4:0.5-2；可选地为1-2:1；和/或所述的SnO2前体与络合剂的摩尔比为1:1-1:10；可选的为1:1-2；和/或所述的SnO2前体与还原剂的摩尔比为1:10-1:100；可选的为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春儒，吴波，柴永强，刘丽萍，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，北京福纳康生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11