一种光活性缺陷光催化剂及制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及光催化材料的制备技术领域，特指一种光活性缺陷光催化剂及制备方法和用途。将PVP，DMF和乙醇在室温下搅拌，搅拌结束之后加入SnCl2·2H2O，再搅拌，得到目标溶液。然后装入带有不锈钢针的塑料注射器中，通过静电纺丝仪器获得前驱体纤维，将其在烘箱中干燥处理。将上述物质放入方舟，高温煅烧一段时间。得到无缺陷的SnO2样品。用等离子体技术对样品进行处理，得到最终的富氧空位的SnO2样品。利用本方法所制的SnO2纳米管催化剂，其结构具有大的表面积优势，活性位点的密度会更大，能更好的吸附CO2，同时可有效抑制光生载流子的复合。

A Photoactive Defect Photocatalyst and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种光活性缺陷光催化剂及制备方法和用途
本专利技术涉及光催化材料的制备
，特指一种光活性缺陷光催化剂及制备方法和用途，具体为一种SnO2光催化剂及制备方法和用途，用于光催化CO2还原。
技术介绍
由于矿石燃料的大量开采和耗用，用于满足人类日益增长的需求，同时也造成了CO2的大量排放，对环境造成了诸多影响。面对能源危机和环境问题，世界的关注热点都在发展新清洁能源技术，其中，借太阳能高能和蕴涵量巨大的优点，将CO2转化为附加值高的碳产品。该技术开发关键在于采取新颖和普适的设计理念，从不同角度出发，调控催化材料的结构，电化学性质等方面，在继承现有的传统光催化剂的已有的特性上，拓展新的光学性能，以期高效转化和高选择性得到产物。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于CO2转化的光催化剂及制备方法，从金属Sn的卤化物出发，设计了一种纳米管光催化剂，与其它金属氧化物相比，活性位点以及光谱吸收范围，都有提升，重要的是，匹配的价带电位适合CO2还原，而且能有效抑制光生电子空穴的复合，提高了电子空穴分离效率，从而具有了更优的催化效果。本专利技术所提供的一种用于CO2转化的纳米管结构的光活性缺陷光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇在室温下第一次搅拌，搅拌结束之后加入SnCl2·2H2O，再进行第二次搅拌，得到目标溶液；(2)将步骤(1)所得目标溶液装入带有不锈钢针的塑料注射器中，通过静电纺丝仪器获得前驱体纤维，将前驱体纤维在烘箱中干燥；(3)将步骤(2)所得的干燥后的前驱体纤维放入方舟，煅烧后得到无缺陷的SnO2样品；(4)对步骤(3)所得SnO2样品进行等离子体处理，得到目标催化剂(VO-SnO2)。上述制备方法中，所述试剂类别均为化学分析纯。上述制备方法中，所述的步骤(1)中，SnCl2·2H2O、PVP、DMF和乙醇的比例为1g:1g:5ml:5ml。上述制备方法中，步骤(1)中，所述的第一次搅拌时间为3-5h，第二次搅拌时间1-2h；搅拌温度为室温。上述制备方法中，步骤(2)中，所述的施加在不锈钢针上的电压为15-20kV，不锈钢针与扁平收集器之间的收集距离为15cm；干燥温度为80℃，干燥时间为2小时。上述制备方法中，步骤(3)中，所述的升温程序设置为5℃/min，煅烧温度为300℃，煅烧气氛为空气氛围，煅烧时间为120min。上述制备方法中，步骤(4)中，所述等离子体处理方法为：放电功率为50-200W；处理气氛为氨气、氩气或氢气；处理时间为5-15min，气体流量为300mL/min。本专利技术还提供了由上述方法制备SnO2纳米管催化材料。本专利技术制备的SnO2纳米管具有良好的光催化性能和光电性能。能高效还原CO2，选择性高。其主要通过对电子结构进行设计、规范，形成缺陷，而丰富的氧缺陷可以更好的改善材料的光催化性能，材料的改性过程成功一般可从材料的颜色，材料的微观形貌，还有电子自旋共振谱探测出。本专利技术提供的制备方法中，原料易得，工艺简单，反应温和，且工艺原料在工业上可实现循环使用，从而使整个合成过程绿色环保，有效的降低了产品成本，具有很高的应用前景和使用价值。附图说明图1为VO-SnO2的扫描电镜图。图2为VO-SnO2的透射电镜图。图3为SnO2和VO-SnO2的XRD图谱。图4为SnO2和VO-SnO2的UV-Vis谱图。图5为SnO2和VO-SnO2的ESR图谱。图6为实施例3中等离子体处理前后SnO2的CO2还原活性对比图。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术进行详细的阐述，而不是限制本专利技术。下述实施例中使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。制备目标溶液：称取1gPVP和量取DMF5mL，加入到5mL乙醇中，室温下搅拌3h，溶解充分并混合均匀，搅拌结束后加入1gSnCl2·2H2O继续搅拌1h，得到目标溶液。制备前驱体纤维：将所得目标溶液，装入带有不锈钢针的20mL塑料注射器中。通过静电纺丝获得前驱体纤维，施加在不锈钢针上的电压为15kV，不锈钢针与扁平收集器之间的收集距离为15cm。将前驱体纤维在烘箱中在80℃下干燥2小时。制备SnO2样品：将前驱体纤维放入方舟，空气氛围下，从室温以5℃/min的升温速率升温到300℃，300℃煅烧120分钟。得到无缺陷的SnO2样品。制备VO-SnO2纳米管：将完全烘干的带有白色的SnO2的石英片放置于介质阻挡放电反应器中，以50-150W功率进行等离子体放电处理，处理时间为5-15min。处理过程中匀速通入不同气体，气体流量为300mL/min。处理结束最终得到灰色光催化材料。实施例一：将1gPVP和5mLDMF全部溶于5mL乙醇，室温下搅拌3h。再加入1gSnCl2·2H2O继续搅拌1h，然后装入带有不锈钢针的20mL塑料注射器中。通过静电纺丝获得前驱体纤维，施加在不锈钢针上的电压为15kV，不锈钢针与扁平收集器之间的收集距离为15cm，将前驱体纤维在烘箱中在80℃下干燥2小时。再将上述物质放入方舟，300℃煅烧120分钟，升温速率为5℃/min。得到无缺陷的SnO2。再将SnO2用等离子体技术处理，在氩气氛围中，150W放电处理，处理时间5min，气体流量300mL/min，最终得VO-SnO2。实施例二：将2gPVP和10mLDMF全部溶于10mL乙醇，室温下搅拌5h。再加入2gSnCl2·2H2O继续搅拌2h，然后装入带有不锈钢针的20mL塑料注射器中。通过静电纺丝获得前体纤维，施加在针上的电压为15kV，针与扁平收集器之间的收集距离为15cm。将前驱体纤维在烘箱中在80℃下干燥2小时。再将上述物质放入方舟，300℃煅烧120分钟，升温速率为5℃/min。得到无缺陷的SnO2。再将SnO2用等离子体技术处理，在氨气氛围中，200W放电处理，处理时间10min，气体流量300mL/min，最终得VO-SnO2。实施例三：将1gPVP和5mLDMF全部溶于5mL乙醇，室温下搅拌4h。再加入1gSnCl2·2H2O继续搅拌2h，然后装入带有不锈钢针的20mL塑料注射器中。通过静电纺丝获得前驱体纤维，施加在不锈钢针上的电压为15kV，不锈钢针与扁平收集器之间的收集距离为15cm。将前驱体纤维在烘箱中在80℃下干燥2小时。再将上述物质放入方舟，300℃煅烧120分钟，升温速率为5℃/min。得到无缺陷的SnO2。再将SnO2用等离子体技术处理，在氮气氛围中，150W放电处理，处理时间15min，气体流量300mL/min，最终得VO-SnO2。制备的用于光催化CO2还原的纳米管结构光催化剂的形貌和尺寸采用JEOLJSM-7001F场发射扫描电子显微镜进行测定，样品分析时所采用的电子束加速电压为10kV，结果如图1所示；SnO2纳米管均匀分布，并且纳米管结构均一，另外这也能表明SnO2纳米管具有大的表面积，可暴露更多的活性位点。制备的用于光催化CO2还原的纳米管光催化剂的结构测试：ShimaduXRD-6000衍射仪(XRD)上进行的，其Cu-Kα作为光源，在2θ＝10°-80°的范围内，扫描速率为7°min-1。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光活性缺陷光催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，N，N‑二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇在室温下第一次搅拌，搅拌结束之后加入SnCl2·2H2O，再进行第二次搅拌，得到目标溶液；(2)将步骤(1)所得目标溶液装入带有不锈钢针的塑料注射器中，通过静电纺丝仪器获得前驱体纤维，将前驱体纤维在烘箱中干燥；(3)将步骤(2)所得的干燥后的前驱体纤维放入方舟，煅烧后得到无缺陷的SnO2样品；(4)对步骤(3)所得SnO2样品进行等离子体处理，得到目标催化剂VO‑SnO2。

【技术特征摘要】
1.一种光活性缺陷光催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇在室温下第一次搅拌，搅拌结束之后加入SnCl2·2H2O，再进行第二次搅拌，得到目标溶液；(2)将步骤(1)所得目标溶液装入带有不锈钢针的塑料注射器中，通过静电纺丝仪器获得前驱体纤维，将前驱体纤维在烘箱中干燥；(3)将步骤(2)所得的干燥后的前驱体纤维放入方舟，煅烧后得到无缺陷的SnO2样品；(4)对步骤(3)所得SnO2样品进行等离子体处理，得到目标催化剂VO-SnO2。2.如权利要求1所述的一种光活性缺陷光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，SnCl2·2H2O、PVP、DMF和乙醇的比例为1g:1g:5ml:5ml。3.如权利要求1所述的一种光活性缺陷光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱兴旺，许晖，周固礼，李华明，杨金曼，李启笛，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32