[发明专利]一种SnO2/TiO2复合纳米纤维光催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料和光催化技术领域，具体涉及一种纳米纤维光催化剂及制备方法，特别是一种SnO₂/TiO₂复合纳米纤维光催化剂及制备方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)是一种n型半导体。由于纳米TiO₂光催化材料具有无毒、化学稳定性高、氧化能力强、长期耐腐蚀性强、可重复利用等优点而被广泛应用于废水处理、空气净化、杀菌以及医药等领域，尤其是其在光降解有机污染物方面，因此在半导体纳米光催化剂的研究中，纳米TiO₂光催化材料受到越来越多的关注。但是纳米TiO₂用作光催化剂依旧面临两大核心问题，其一是TiO₂的禁带宽度为3.2eV，属于宽禁带半导体材料，只能吸收波长小于387nm的中长紫外光而被激发，而到达地球表面紫外光只占太阳辐射到地球上的光谱总数的5％左右，因此难以有效利用自然界中广泛且廉价的太阳光。其二是材料的量子产率低，TiO₂半导体的光生电子-空穴对的复合几率较高，影响光催化效率，因此大大阻碍了TiO₂在光降解有机污染物方面的应用。因此，如何使TiO₂更有效充分地利用太阳光，提高TiO₂的光催化效率是当前环境催化领域研究的热点之一。目前，为了实现这一目标，采用多种不同技术手段对TiO₂进行改性或掺杂，如在TiO₂表面沉积贵金属、过渡金属粒子掺杂、非金属粒子掺杂、表面光敏化处理以及半导体复合等，其中半导体复合是一种非常简单有效的手段。半导体复合其本质是一种半导体对另一种半导体的修饰，复合方式主要是简单的组合、掺杂和异相组合，主要是利用能带宽带不同但又相近的两种半导体复合，这样不仅可以使光生载流子在不同能级半导体之间运输，而且延长了载流子的寿命，很大程度上避免了载流子的复合，增加光生电子和空穴的稳定性，提高了载流子的分离效率，也即提高了量子效率，从而提高体系的光催化活性。

二氧化锡(SnO₂)也是一种典型的n型半导体，禁带宽度为3.5～3.6eV，与TiO₂的能级达到很好匹配。将SnO₂与TiO₂进行复合，使被激发的TiO₂表面的光生电子向低费米能级的SnO₂的导带转移，而空穴则会从SnO₂的价带迁移到TiO₂的价带，直到两者的费米能级接近为止。该载流子的整个迁移过程增加了光生电子和空穴的寿命，很大程度上避免了两者的复合，从而提高TiO₂的光催化性能。

目前，使SnO₂与TiO₂复合的技术手段有很多种，其中通过静电纺丝技术将两者直接复合是一种方法简单操作方便的手段，已受到越来越多的关注。现已有文献报道借助静电纺丝技术将两者复合，但其中结合了溶胶-凝胶技术，这样使得工艺过程较为复杂，工艺参数较难控制。也有报道用静电纺丝技术制备二氧化钛纳米纤维，然后在利用水热合成法在得到的二氧化钛纳米纤维表面沉积二氧化锡纳米颗粒，这样方法也是工艺过程复杂，工艺参数较多而难调控。本发明是直接利用静电纺丝技术制备SnO₂/TiO₂复合纳米纤维，相比溶胶-凝胶技术，使得制备工艺过程更加简单有效，使两者的复合也更加有效，从而进一步提高TiO₂的光催化活性。

发明内容

本发明优化利用静电纺丝法制备SnO₂/TiO₂复合纳米纤维的工艺过程，简化了工艺参数，避免了因使用溶胶-凝胶技术而引入的更加复杂的工艺参数的调节和控制，以及避免了溶胶-凝胶法所带来的该技术本身的一些缺点。只利用静电纺丝技术制备SnO₂/TiO₂复合纳米纤维不仅工艺简单，工艺参数少且易控，而且使SnO₂和TiO₂两者的达到更好地复合效果，提高了TiO₂的光催化活性。