[发明专利]一种新型二氧化锡半导体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于新型功能材料的开发领域，具体的是一种新型二氧化锡半导体光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

光电化学/光催化分解水是被广泛认可为转换太阳能为化学能H₂的理想途径。普遍接受的太阳能光催化/光电化学分解水原理是半导体光催化剂在能量大于其带隙的光子激发下，电子从价带顶跃迁至导带底，从而在价带产生光生空穴。当半导体光催化剂的导带底高于/负于H⁺/H₂的还原电位、价带顶低于/正于H₂O/O₂的氧化电位时，光生电子和空穴具有还原氧化水的能力、从而达到利用太阳光分解水获取H₂和O₂的目的。光催化/光电化学分解水最为核心的就是开发新型可见光响应光催化剂。对光催化剂的要求是具有适宜的带隙（2.0eV左右）以最大程度利用太阳辐射中占据50%左右的紫外和可见光，同时具有与氧化还原水相匹配的带边位置，另外具有较高的稳定性，原料价廉、易于制备等特点。光催化剂的开发研究历经了最初的二元化合物（TiO₂, CdS, Fe₂O₃），三元化合物（SrTiO₃, NaTaO₃）到多元化合物，特别是固溶体化合物(GaN:ZnO,ZnGeN₂-ZnO)，以及一系列氮(氧)化物（Ta₃N₅, TaON, LaTiO₂N）等。但是当前所开发的光催化剂还没有一个能满足如上要求实现在可见光激发下高效率、高稳定的完全分解水产生H₂和O₂。新型可见光响应光催化剂的研究开发依然是光催化领域里最为重要的研究内容。

SnO₂是一种价廉易得的半导体氧化物，本征态具有3.6-3.8eV的带隙，其能带结构是O 2p贡献于其价带顶，而导带则由Sn 5s5p组成，同时其导带底低于（正于）还原H⁺/H₂的电极电位。由于其价廉易得以及特定的电子结构，被广泛应用于透明导电玻璃，气敏检测以及复合光催化剂体系中。在复合光催化剂，如TiO₂-SnO₂， ZnO-SnO₂, Fe₂O₃-SnO₂等，正是因SnO₂较低的导带底，光生电子易于从主体光催化剂如TiO₂的导带跃迁到SnO₂的导带，同时因其导带是sp型宽导带，更有利于光生电子扩散、迁移到表面，该类含SnO₂的复合光催化剂被广泛研究并应用于光催化降解废水以及光解水等过程。 但是就SnO₂的可见光化以及可见光响应的SnO₂单独作为光催化剂用于多相光催化，光电化学的研究还很少见到文献报道和相关专利。

现有技术的缺点是：

1、SnO₂是一种宽带隙的半导体材料（3.6-3.8eV）限制了其在光催化/光电化学分解水方面的应用。

2、对其可见光化的研究还比较少，相关的理论还不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种原料价廉易得、方法简单易行制备具有可见光响应的半导体二氧化锡纳米材料，该锡氧化物作为一种新型功能材料，能在可见光激发下用于光催化/光电化学分解水等领域，具有一定的稳定性和较高量子效率。

本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种新型二氧化锡半导体，其特征是：用锡的二价氯化物SnCl₂.2H₂O或锡的二价溴化物SnBr₂.2H₂O溶于甲醇或乙醇，并于水热反应釜中于150°C水热反应加工而成的具有可见光响应的SnO₂ 纳米材料半导体，平均晶粒尺寸为2.5nm，单相的SnO₂粉末，吸收边达到570nm，对应于2.17eV的带隙，可见光波长范围内展示较高的光阳极电流达 mA/cm²级以及产氢和产氧的半反应活性。