一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/生物质碳/SnO2-x纳米复合材料的制备方法技术

一种聚3,4‑乙撑二氧噻吩/生物质碳/SnO2‑x纳米复合材料的制备方法，将SnO2‑x和生物质碳半导体异质结通过化学键络合的形式负载分散于聚3,4‑乙撑二氧噻吩而得到的纳米复合材料。本发明专利技术利用SnO2‑x的可见光光催化氧化还原特性、生物质碳的优异导电性、聚3,4‑乙撑二氧噻吩的导电性以及组分之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，导电有机物易塑型的特点能有效避免粉体材料的回收困难问题，因而，本发明专利技术制得的聚3,4‑乙撑二氧噻吩(PEDOT)/生物质碳/SnO2‑x纳米复合材料是一种便于回收的新型环保光催化材料。

Preparation of poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/biomass carbon/SnO_2-x Nanocomposites

A preparation method of poly(3,4_ethylenedioxythiophene)/biomass carbon/SnO 2_x nanocomposites is described. SnO 2_x and biomass carbon semiconductor heterojunctions are loaded by chemical bonding and dispersed into poly(3,4_ethylenedioxythiophene) nanocomposites. The present invention utilizes the visible light photocatalytic oxidation-reduction characteristics of SnO 2 x, the excellent conductivity of biomass carbon, the conductivity of poly 3,4 ethylenedioxythiophene and the heterojunction structure with chemical bonding among its components to fully inhibit the photogenerated electrons hole combination in the photocatalytic reaction, thereby advantageous to improving the photocatalytic oxidation-reduction degradation of pollutants and photocatalytic decomposition of aquatic products. The properties of hydrogen. At the same time, the easy-moulding characteristic of conductive organic matter can effectively avoid the difficulty of recycling powder materials. Therefore, the poly (3,4) ethylenedioxythiophene (PEDOT)/biomass carbon/SnO 2 x nanocomposite prepared by the invention is a new environmental friendly photocatalytic material for recycling.

【技术实现步骤摘要】
一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/生物质碳/SnO2-x纳米复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种纳米复合光催化化材料的制备方法，具体涉及一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/生物质碳/SnO2-x纳米复合材料的制备方法。
技术介绍
环境污染、资源短缺已经成为困扰世界经济社会可持续发展的两项重要问题，而这两项问题对于我国而言显得尤为突出。同时随着社会发展，废弃物增加的速度逐渐加快，将生物质废弃物变废为宝，制成生物质碳而实现重新利用，也能有效减轻环境负担。富缺陷氧化锡(SnO2-x)由于具有优异的可见光光催化响应能力而在光催化领域具有巨大潜力。然而单一成分的富缺陷氧化锡(SnO2-x)存在着光响应范围较窄、太阳能利用率低，以及量子效率低等不足，严重限制了其实际应用。SnO2是一种重要的n型宽带隙半导体，它具有优异的光电特性、气敏特性、化学稳定性和环境友好性，因而被广泛应用于药物传输、能量储存、磁存储介质材料、太阳能电池、电极材料、气敏传感材料、电催化材料和光催化材料等领域。在催化剂领域，SnO2被广泛用于降解橙黄G、布里尔蓝、茜素红S、亚甲基蓝、罗丹明B等有机染料[Wang,X.,Fan,H.,Ren,P.,etal.HomogeneousSnO2core-shellmicrospheres:Microwave-assistedhydrothermalsynthesis,morphologycontrolandphotocatalyticproperties[J].MaterialsResearchBulletin,2014,50:191-196.]。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，但是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.]。并且缺陷型氧化锡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.]。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.]。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.]。为了实现提高SnO2材料的光催化性能，各种SnO2复合光催化剂被设计、制备了出来，如石墨烯/SnO2[Seema,H.,Kemp,K.C.,Chandra,V.,etal.Graphene-SnO2compositesforhighlyefficientphotocatalyticdegradationofmethyleneblueundersunlight[J].Nanotechnology,2012,23(35):355705.]、CdS/SnO2[Liu,Y.,Zhang,P.,Tian,B.,etal.Core-shellstructuralCdS@SnO2nanorodswithexcellentvisible-lightphotocatalyticactivityfortheselectiveoxidationofbenzylalcoholtobenzaldehyde[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2015,7(25):13849-13858.]、Zn2SnO4/SnO2[Sun,L.,Han,X.,Jiang,Z.,etal.FabricationofcubicZn2SnO4/SnO2complexhollowstructuresandtheirsunlight-drivenphotocatalyticactivity[J].Nanoscale,2016,8(26):12858-12862.]、MoS2/SnO2[Huang,Y.,Miao,Y.E.,Zhang,L.,etal.Synthesisoffew-layeredMoS2nanosheet-coatedelectrospunSnO2nanotubeheterostructuresforenhancedhydrogenevolutionreaction[J].Nanoscale,2014,6(18):10673-10679.]与Fe2O3/SnO2[Niu,M.,Huang,F.,Cui,L.,etal.Hydrothermalsynthesis,structuralcharacteristics,andenhancedphotocatalysisofSnO2/α-Fe2O3semiconductornanoheterostructures[J].ACSNano,2010,4(2):681-688.]。以上复合材料将宽禁带宽度的SnO2窄禁带宽度的半导体材料进行复合，在一定程度上促进了SnO2半导体材料中光生电子-空穴的分离，拓展了从紫外到可见的光吸收范围，从而得到了光催化性能的一定提高，但是以上复合材料无法最大限度地解决不同复合组分之间的能级结构相匹配的问题，因而无法得到SnO2基复合材料光生电子-空穴分离的最大化。能级结构相匹配的不同化学计量比的锡氧化物复合材料有利于提高光生载流子分离率而获得优异光催化性能。例如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/Sn3O4heterostructuresv本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚3,4‑乙撑二氧噻吩/生物质碳/SnO2‑x纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将生物质废弃物在氮气或氩气气氛下，以2～10℃/min的升温速率自室温升温至100～400℃保温0.5～10h，反应结束冷却至室温得到生物质碳骨架；2)取1mmol分析纯的草酸亚锡(C2O4Sn)和0.2～4mmol的草酸(H2C2O4)充分溶解于4～15mL的无水乙醇中，之后依次加入3～14mmol的癸烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱和13～23mL的去离子水完全溶解后得到溶液A；3)取0.5～6g经研磨后的生物质碳骨架加入溶液A中混合均匀得到混合液B；4)将混合液B转移聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后将反应釜放入恒温烘箱中在120～200℃保温48～72h，反应结束冷却至室温得到含有沉淀产物的SnO2‑x的混合液C；5)按3,4‑乙撑二氧噻吩(EDOT)和步骤2)中所用草酸亚锡(C2O4Sn)的摩尔比为(0.01～0.1)：1，将3,4‑乙撑二氧噻吩(EDOT)在密闭容器中充分溶解于120～250ml的无水乙醇、PSS和DMSO的混合溶液中得到溶液D，其中无水乙醇、PSS和DMSO的体积比为1：(0.5～1.6)：(0.6～1.8)；将混合液C缓慢加入溶液D中，用丙酸溶液调节其pH值为3～5后迅速密封容器，磁力搅拌0.5～2h后将容器转移至‑10～10℃的低温恒温箱中静置48～72h；6)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后在30～70℃且真空度为10‑1～10‑3Pa的真空干燥箱中干燥即得聚3,4‑乙撑二氧噻吩(PEDOT)/生物质碳/SnO2‑x纳米复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/生物质碳/SnO2-x纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将生物质废弃物在氮气或氩气气氛下，以2～10℃/min的升温速率自室温升温至100～400℃保温0.5～10h，反应结束冷却至室温得到生物质碳骨架；2)取1mmol分析纯的草酸亚锡(C2O4Sn)和0.2～4mmol的草酸(H2C2O4)充分溶解于4～15mL的无水乙醇中，之后依次加入3～14mmol的癸烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱和13～23mL的去离子水完全溶解后得到溶液A；3)取0.5～6g经研磨后的生物质碳骨架加入溶液A中混合均匀得到混合液B；4)将混合液B转移聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后将反应釜放入恒温烘箱中在120～200℃保温48～72h，反应结束冷却至室温得到含有沉淀产物的SnO2-x的混合液C；5)按3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)和步骤2)中所用草酸亚锡(C2O4Sn)的摩尔比为(0.01～0.1)：1，将3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)在密闭容器中充分溶解于120～250ml的无水乙醇、PSS和DMSO的混合溶液中得到溶液D，其中无水乙醇、PSS和DMSO的体积比为1：(0.5～1.6)：(0.6～1.8)；将混合液C缓慢加入溶液D中，用丙酸溶液调节其pH值为3～5后迅速密封容器，磁力搅拌0.5～2h后将容器转移至-10～10℃的低温恒温箱中静置48～72h；6)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后在30～70℃且真空度为10-1～10-3Pa的真空干燥箱中干燥即得聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)/生物质碳/SnO2-...

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