一种聚3-己基噻吩/自掺杂富缺陷氧化锡异质结纳米复合光催化材料的制备方法技术

一种聚3‑己基噻吩/自掺杂富缺陷氧化锡异质结纳米复合光催化材料的制备方法。将自掺杂富缺陷氧化锡异质结材料通过化学键络合的形式负载分散于P3HT而得到的纳米复合材料；自掺杂富缺陷氧化锡选自Sn掺杂的非化学计量比或混合价态锡氧化物组成的富缺陷氧化锡SnO2‑x；本发明专利技术利用自掺杂富缺陷氧化锡的可见光光催化氧化还原特性、聚‑3己基噻吩的导电性和可见光催化能力，以及不同组分间具有化学键合的异质结结构，来充分抑制其光催化反应中的光生电子‑空穴复合，从而有利于提高其光催化氧化还原降解污染物和光催化分解水产氢的性能。同时，聚3‑己基噻吩易塑型的特点能有效避免粉体材料的回收困难问题。

【技术实现步骤摘要】
一种聚3-己基噻吩/自掺杂富缺陷氧化锡异质结纳米复合光催化材料的制备方法
本专利技术涉及一种纳米复合光催化材料的制备方法，特别涉及一种聚3-己基噻吩/自掺杂富缺陷氧化锡异质结纳米复合光催化材料的制备方法。
技术介绍
在信息技术迅速发展的时代背景下，传统的无机半导体材料与有机半导体材料匀表现出一定的性能瓶颈。无机半导体材料加工工艺相对复杂且无法大面积加工，无法制造柔性材料。而有机材料虽然没有无机材料在工艺方面的制约，但有机材料相对较低的载流子浓度和迁移率极大限制了它的应用范围。载流子迁移率是影响半导体光催化性能最关键的参数，它直接关系到光催化反应的效率。纳米氧化锡作为一种优异的光催化材料，由于其具有优异的光电特性、气敏特性、化学稳定性和环境友好性，在污水处理方面有巨大的应用潜力，被广泛应用于降解橙黄G、布里尔蓝、茜素红S、亚甲基蓝、罗丹明B等有机染料。但单价态SnO2较大的禁带宽度导致其只能吸收利用紫外光才能进行光催化反应，而紫外光能量仅占太阳光能总能量的不足5％。为了提高SnO2材料的光吸收和光催化性能，最简便有效的策略就是构造混合价态或非化学计量比的锡氧化物来增加其内部缺陷的同时减小其禁带宽度[朱翰林,梁况.氧缺陷型SnO2纳米颗粒可见光催化性能的研究[J].化学通报,2016,79(4):327-331.]。富缺陷氧化锡SnO2-x中的氧空穴作为电子捕获中心有利于促进光生电子-空穴的分离，从而促进氧化锡的光催化反应[时乐宇,刘美玲,李欣桐,等.非化学计量氧化锡的制备及光催化性能研究[J].山东化工,2016,45(6):7-8.]。富氧空位缺陷的结构特点使SnO2-x纳米颗粒显示出了比P25和ZnO都优异的光解水产氢性能(133.8μmol·h-1·g-1)[Li,M.,Hu,Y.,Xie,S.,Huang,Y.,Tong,Y.,Lu,X.HeterostructuredZnO/SnO2-xnanoparticlesforefficientphotocatalytichydrogenproduction[J].ChemicalCommunications,2014,50(33):4341-4343.]。Sn自掺杂SnO2-x纳米晶中氧缺陷的存在能有效提高光生电子-空穴对的分离，从而获得了优异的染料光催化降解性能[Han,D.,Jiang,B.,Feng,J.,Yin,Y.,Wang,W.PhotocatalyticSelf-DopedSnO2-xNanocrystalsDriveVisible-Light-ResponsiveColorSwitching[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2017,56(27):7792-7796.]。同时，非化学计量比或混合价态的锡氧化物的带隙宽度比单价态SnO2的带隙宽度更小，因而表现出了更优异的光催化性能，例如Sn2O3、Sn3O4和Sn5O6。文献报道中，氧化亚锡(SnO)具有强还原性，被用于制备催化剂和还原剂等，在电镀中用于配制氟硼酸亚锡和其他可溶性亚锡盐。层状Sn3O4纳米片具有可见光响应的禁带宽度(2.76eV)和优异的太阳光分解水制氢性能(3916μmol·h-1/0.5g)[Balgude,S.D.,Sethi,Y.A.,Kale,B.B.,Munirathnam,N.R.,Amalnerkar,D.P.,Adhyapak,P.V.NanostructuredlayeredSn3O4forhydrogenproductionanddyedegradationundersunlight[J].RSCAdvances,2016,6(98):95663-95669.]。为了获得能级结构更接近的复合材料，不同化学计量比的锡氧化物复合光催化材料被设计制备了出来。SnO/Sn3O4异质结构具有比单组分SnO和单组分Sn3O4更加优异的罗丹明B光催化降解性能[崔磊,杨丽娟,高剑森,顾世浦.SnO/Sn3O4异质结构的制备及其光催化性能.功能材料,2017,48(1),1159-1162.]。并且SnO/Sn3O4异质结构通过能级结构相匹配的界面间的有效电荷转移而比单组分具有更优异的光催化降解罗丹明B性能[Xia,W.,Wang,H.,Zeng,X.,Han,J.,Zhu,J.,Zhou,M.,&Wu,S.High-efficiencyphotocatalyticactivityoftypeIISnO/Sn3O4heterostructuresviainterfacialchargetransfer.CrystEngComm,2014,16(30),6841-6847.]。但以上材料均存在着悬浮态粉末样品易团聚、难回收，且光生电子-空穴分离率低的问题。聚3-己基噻吩(P3HT)是一种3-己基噻吩的聚合物，主要用于有机薄膜晶体管和有机太阳能电池，该聚合物在80年代被合成后，发展非常迅速，目前由P3HT和PCBM共同组成的有机太阳能电池效率已经达到5％以上。目前，有关氧化锡/聚3-己基噻吩(P3HT)复合材料的制备方法主要有如下几种：真空原位复合法[耿玉静.高迁移率P3HT-SnO2复合半导体的研制及其性能表征[D].山东大学,2016.][赵天宇.基于SnO2的无机—有机复合半导体气敏传感器的制备与研究[D].山东大学,2017.]、水热法[王敏.锡基硫/氧化物薄膜的原位制备及其光电性能的研究[D].郑州大学,2013.]、旋转涂覆法和浸渍法[廖高祖.基于导电聚合物的可见光催化剂的制备及其降解污染物的性能[D].大连理工大学,2011.]、溶剂热结合表面旋涂法[张艳鸽,王敏,李品将,等.一种SnO2与P3HT杂化异质结薄膜太阳能电池的制备方法,CN102856499A[P].2013.]等等。这些制备方法都具有其独特的优点，但不足之处在于反应原料不够环境友好，并且制得的材料团聚效应明显等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚3-己基噻吩/自掺杂富缺陷氧化锡异质结纳米复合光催化材料的制备方法，即采用湿化学原位合成法制备出形貌可控、分散程度高、粒度均一且界面结合紧密的聚3-己基噻吩(P3HT)/自掺杂富缺陷氧化锡异质结纳米复合光催化材料。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：1)取1mmol分析纯的焦磷酸亚锡(Sn2P2O7)和1.5～3.6mmol的乙酸(CH3COOH)充分溶解于5～16mL的无水乙醇中，之后依次加入0.5～8mmol的烷基二甲基羟丙基磷酸脂甜菜碱、2～15mmol的茶多酚和13～23mL的去离子水得到溶液A；2)将溶液A转移至聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后将水热釜放入恒温烘箱中于100～180℃保温1～24h，水热反应结束，冷却至室温得到含有自掺杂富缺陷氧化锡异质结的混合液B；3)控制3-己基噻吩(C10H16S)和步骤1)中所用焦磷酸亚锡(Sn2P2O7)的摩尔比为(0.01～0.1)：1，将3-己基噻吩(C10H16S)在密闭容器中充分溶解于无水乙醇中，得到溶液C，将混合液B缓慢的加入溶液C中得到溶液D，用乳酸溶液调节溶液D的pH值为2～4之后迅速密封容器，磁力搅拌0.5～2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚3‑己基噻吩/自掺杂富缺陷氧化锡异质结纳米复合光催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)取1mmol分析纯的焦磷酸亚锡(Sn2P2O7)和1.5～3.6mmol的乙酸(CH3COOH)充分溶解于5～16mL的无水乙醇中，之后依次加入0.5～8mmol的烷基二甲基羟丙基磷酸脂甜菜碱、2～15mmol的茶多酚和13～23mL的去离子水得到溶液A；2)将溶液A转移至聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后将水热釜放入恒温烘箱中于100～180℃保温1～24h，水热反应结束，冷却至室温得到含有自掺杂富缺陷氧化锡异质结的混合液B；3)控制3‑己基噻吩(C10H16S)和步骤1)中所用焦磷酸亚锡(Sn2P2O7)的摩尔比为(0.01～0.1)：1，将3‑己基噻吩(C10H16S)在密闭容器中充分溶解于无水乙醇中，得到溶液C，将混合液B缓慢的加入溶液C中得到溶液D，用乳酸溶液调节溶液D的pH值为2～4之后迅速密封容器，磁力搅拌0.5～2h后将容器转移至‑20～‑10℃的冰箱中，静置2～48h，得到水热反应前驱液；4)待水热反应结束且反应体系自然冷却至室温，将产物进行离心分离，并先后使用去离子水及无水乙醇各自洗涤，最后在35～65℃且真空度为10‑1～10‑3Pa的真空干燥箱中干燥得到聚3‑己基噻吩(P3HT)/自掺杂富缺陷氧化锡异质结纳米复合光催化材料。...

【技术特征摘要】
1.一种聚3-己基噻吩/自掺杂富缺陷氧化锡异质结纳米复合光催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)取1mmol分析纯的焦磷酸亚锡(Sn2P2O7)和1.5～3.6mmol的乙酸(CH3COOH)充分溶解于5～16mL的无水乙醇中，之后依次加入0.5～8mmol的烷基二甲基羟丙基磷酸脂甜菜碱、2～15mmol的茶多酚和13～23mL的去离子水得到溶液A；2)将溶液A转移至聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后将水热釜放入恒温烘箱中于100～180℃保温1～24h，水热反应结束，冷却至室温得到含有自掺杂富缺陷氧化锡异质结的混合液B；3)控制3-己基噻吩(C10H16S)和步骤1)中所用焦磷酸亚锡(Sn2P2O7)的摩尔比为(0.01～0.1)：1，将3-己基噻吩(C10H16S)在密闭容器中充分溶解于无水乙醇中，得到溶液C，将混合液B缓慢的加入溶液C中得到溶液D，用乳酸溶液调节溶液D的pH值为2～4之后迅速密封容器，磁力搅拌0.5～2h后将容器转移至-20～-10℃的冰箱中，静置2～48h，得到水热反应前驱液；4)待水热反应结束且反应体系自然冷却至室温，将产物进行离心分离，并先后使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳青，
申请(专利权)人：平顶山学院，
类型：发明
国别省市：河南,41