[发明专利]一种含TiO2/SnO2异质结纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米纤维的制备领域，特别涉及一种含TiO₂/SnO₂异质结纳米纤维的制备方法。

背景技术

二氧化钛是一种宽带半导体材料，利用能带结构模型计算的氧化钛晶体的禁带宽度为3.0eV(金红石相)和3.2eV(锐钛矿相)。半导体的禁带宽度E_g越大，则对应产生的光生电子和空穴的氧化-还原电极电势越高，则制备的TiO₂越活泼，也越更容易与其它物质发生反应。所以二氧化钛常常被用来光催化降解气体或者液体中的有机污染物。然而TiO₂对环境中污染物的降解效率不够高，这是因为TiO₂在紫外光激发下产生的电子和空穴在到达催化剂表面之前极易发生复合；其次由于TiO₂禁带宽度E_g大，需要更高的能量来激发。

为了提高TiO₂对污染物的降解效率以及对太阳光的利用率，科研工作者对TiO₂进行了诸如掺杂、复合、表面贵金属修饰等一系列尝试。研究表明，当两种半导体复合在一起，形成异质结构时，有利于电子和空穴的分离。例如，当把TiO₂与SnO₂进行复合时，TiO₂的导带比SnO₂的导带更负，而SnO₂的价带比TiO₂的价带更正，这样，在紫外光的激发下，TiO₂的电子就转移到SnO₂上，而SnO₂的空穴则转移到TiO₂上，从而提高了复合催化剂的氧化还原能力，提高了催化剂的降解效率。

和传统的固相法制备的大颗粒TiO₂相比，纳米颗粒的TiO₂催化效率更高。而TiO₂纳米纤维由于粒径小、比表面积大、便于回收等优点，相较于其他形貌的纳米TiO₂催化剂更具有优势，同时，将TiO₂纳米纤维与SnO₂进行复合制备出异质结也得到了人们的研究。Pan等人采用将SnO₂颗粒混入TiO₂前躯体中进行纺丝，制备出了SnO₂颗粒镶嵌在TiO₂单根纤维中类似于项链的结构(R.Zhang，H.Wu，D.D.Lin，W.Pan，Preparation of Necklace-Structured TiO₂/SnO₂ Hybrid Nanofibers and Their Photocatalytic Activity，J.Am.Ceram.Soc.92(2009)2463)。Wang等人将静电纺制备的TiO₂纤维进行水热处理，在纤维的表面长出SnO₂棒状结构(M.Shang，W.Z.Wang，W.Z.Yin，J.Ren，S.M.Sun，L.Zhang，General Strategy for a Large-Scale Fabric with Branched Nanofiber-Nanorod Hierarchical Heterostructure：Controllable Synthesis and Applications，Chem.Eur.J.16(2010)11412)；而Kim等人则采取将TTIP与SnCl₂混合纺丝，之后煅烧，从而得到单根纤维中同时含有TiO₂颗粒与SnO₂颗粒的结构(S.H.Hwang，C.Kim，J.Jang，SnO₂ nanoparticle embedded TiO₂nanofibers-Highly efficient photocatalyst for the degradation of rhodamine B，Catalysis Communications 12(2011)1037)。

将TiO₂与SnO₂同步纺丝，共用一个旋转的收集装置使得TiO₂纤维与SnO₂纤维复合形成异质结构，这种方法目前尚无报道过。

发明内容