[发明专利]一种锡掺杂氧化铁介晶纳米粒子及其制备方法和应用方法

说明书

本发明公开了一种锡掺杂氧化铁介晶纳米粒子，是在由2nm~6nm氧化铁纳米粒子晶体取向堆积组成的氧化铁介晶纳米粒子中掺杂锡元素构成，其尺寸为40nm‑220nm，比表面积为36.2 m²/g，其中，掺杂的锡元素摩尔量为铁元素摩尔量的0.01%~15%。该锡掺杂氧化铁介晶纳米粒子的制备方法，包括：（1）合成氧化铁介晶纳米粒子；（2）将适量氧化铁介晶纳米粒子与相应比例的锡源醇溶液混合；搅拌挥发，挥发完毕后真空干燥；（3）将上述干燥后的复合物放入马弗炉中500℃~650℃煅烧3小时以上。本发明得到的锡掺杂氧化铁介晶纳米粒子具有增强的可见光催化降解污染物以及光电化学分解水性能。能够在诸如光催化降解污染物、光催化分解水制氢、超级电容器、锂离子电池等领域实现商业应用。

技术领域

本发明涉及氧化铁介晶纳米粒子领域，具体地讲，是涉及一种锡掺杂氧化铁介晶纳米粒子及其制备方法和应用方法。

背景技术

半导体材料的组分、尺寸、结构及形貌影响着材料的性能，特别是到纳米尺度，其作用更加明显。已有的研究结果表明，通过调节纳米结构材料的元素组成、尺寸大小以及结构形貌可以极大地改善材料的有关性能，特别是在光学、电学、磁学、传感器件、催化性能、能量转化与存储等方面。多晶纳米粒子具有较大的比表面积和孔隙率，但是由于晶界的存在，其电荷传输速率相对较低，而单晶纳米结构尽管内部传输速率相对较高，但比表面积及孔隙率低，各自的劣势限制了相应的应用范围。介晶是2015年首次提出的一种新的结构材料，一般是由晶体取向一致的次级纳米粒子堆积而成，一方面具有一致的晶体取向保证较好的电荷传输性质，又具有较高的孔隙率和比表面积。因而在催化、传感、污水处理、光伏器件、锂离子电池以及超级电容器等领域表现出优异的性能和广阔的发展潜力。

氧化铁是一种n型半导体，具有很多优异的特性，如自然界中储量丰富，价格低廉，具有很高的化学稳定性，无污染，且具有较窄的带隙在可见光区域有吸收，因此在重金属离子去除、光催化降解有机废液、气体传感器、光电化学分解水制氢、锂离子电池负极材料以及超级电容器活性电极等环境和能源研究领域都被广泛研究，且表现出良好的应用前景。但其一大劣势就是少子扩散距离太短，只有2~4nm，因此大大限制了其在光电及电学领域的应用。文献中有不少报道，研究了氧化铁介晶纳米结构在上述应用方面性能的提高。虽然有一定的效果，但离实际应用仍有一些距离，因此有必要对其进一步研究。最近的研究表明，锡掺杂氧化铁纳米结构能够提高材料的性能，但氧化铁介晶纳米结构的锡掺杂研究却鲜有报道。因此，发展条件温和、简单快捷、价格低廉、易于批量处理的方法来制备锡掺杂氧化铁介晶纳米结构不仅具有学术意义，也有很大的商业价值。

发明内容

为克服现有技术中的上述问题，本发明提供一种制法简单、易于批量处理的锡掺杂氧化铁介晶纳米粒子，在掺杂后氧化铁介晶纳米粒子结构和形貌基本得到保持。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种锡掺杂氧化铁介晶纳米粒子，是在由2nm~6nm氧化铁纳米粒子晶体取向堆积组成的氧化铁介晶纳米粒子中掺杂锡元素构成，其尺寸为40nm-220nm，比表面积为36.2m²/g，其中，掺杂的锡元素摩尔量为铁元素摩尔量的0.01%~15%，所掺杂的锡元素在该比例内连续可调。

经研究试验证实，该锡掺杂氧化铁介晶纳米粒子可应用于可见光催化降解有机污染物。

并且，该锡掺杂氧化铁介晶纳米粒子还可应用于光电化学分解水制氢。

基于前述内容，本发明还提供了该锡掺杂氧化铁介晶纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：

（1）将乙酰丙酮铁溶解在乙醇中，将得到的溶液加入到聚四氟乙烯内胆中，然后加入去离子水，混合均匀后，放入水热釜中进行水热反应，然后将产物用水和乙醇分别洗涤三遍后，真空干燥，得到氧化铁介晶纳米粒子；