[发明专利]一种基于LSPR效应金属修饰自掺杂富缺陷氧化锡纳米复合材料的制备方法

说明书

一种基于LSPR效应金属修饰自掺杂富缺陷氧化锡纳米复合材料的制备方法，该纳米复合材料通过化学键络合将具有等离子共振效应的纳米金属颗粒修饰在自掺杂富缺陷氧化锡上的纳米复合光催化剂材料；自掺杂富缺陷氧化锡选自Sn掺杂的非化学计量比或混合价态富氧缺陷的氧化锡(SnO_2‑x)；具有等离子共振效应的纳米金属选自Pt、Au、Ag、Cu等具有等离子共振效应的单组分金属或多组分合金的金属纳米粒子。本发明利用自掺杂富缺陷氧化锡的可见光光催化氧化还原特性和金属纳米粒子的等离子共振效应以及两个组分之间具有化学键合的异质结结构，来充分提高其光催化反应中的光生电子‑空穴分离率，从而有利于提高其光催化氧化还原降解污染物和光催化分解水产氢的性能。

技术领域

本发明涉及一种氧化锡纳米复合材料的制备方法，特别涉及一种基于LSPR效应金属修饰自掺杂富缺陷氧化锡纳米复合材料的制备方法。

背景技术

目前，光催化技术的研究进展给人们带来了希望与动力，但其效率的提高依然是一个挑战。开发具有太阳能广谱吸收、高载流子分离率和强氧化还原能力的催化材料，是实现高效光解水技术的关键^[陈宏善,魏花花.利用太阳能制氢的方法及发展现状[J].材料导报,2015,29(11):36-40.][Ran,J.,Zhang,J.,Yu,J.,Jaroniec,M.,Qiao,S.Z.Earth-abundant cocatalysts for semiconductor-based photocatalytic water splitting[J].Chemical Society Reviews,2014,43(22):7787-7812.]，但单一或未经改性的半导体材料难以同时满足以上三个要求。原因在于：首先，单一半导体材料的光吸收能力与其氧化还原能力往往无法被同时提高；同时，一些具有优异可见光响应且强氧化还原能力的单一组分半导体材料(如CdS和MoS₂等)存在着光稳定性和环境友好方面的缺陷；另外，光解水反应速率受单一组分催化剂材料中高载流子复合的抑制。

自掺杂富缺陷氧化锡中的氧空穴作为电子捕获中心有利于促进光生电子-空穴的分离，从而促进氧化锡的光催化反应[时乐宇,刘美玲,李欣桐,等.非化学计量氧化锡的制备及光催化性能研究[J].山东化工,2016,45(6):7-8.]。富氧空位缺陷的结构特点使SnO_2-x纳米颗粒显示出了比P25和ZnO都优异的光解水产氢性能(133.8μmol·h^-1·g^-1)[Li,M.,Hu,Y.,Xie,S.,Huang,Y.,Tong,Y.,Lu,X.Heterostructured ZnO/SnO_2-x nanoparticlesfor efficient photocatalytic hydrogen production[J].Chemical Communications,2014,50(33):4341-4343.]。Sn自掺杂SnO_2-x纳米晶中氧缺陷的存在能有效提高光生电子-空穴对的分离，从而获得了优异的染料光催化降解性能[Han,D.,Jiang,B.,Feng,J.,Yin,Y.,Wang,W.Photocatalytic Self-Doped SnO_2-x Nanocrystals Drive Visible-Light-Responsive Color Switching[J].Angewandte Chemie International Edition,2017,56(27):7792-7796.]。同时，非化学计量比或混合价态的锡氧化物的带隙宽度比单价态SnO₂的带隙宽度更小，因而表现出了更优异的光催化性能，例如Sn₂O₃、Sn₃O₄和Sn₅O₆。文献报道中，氧化亚锡(SnO)具有强还原性，被用于制备催化剂和还原剂等，在电镀中用于配制氟硼酸亚锡和其他可溶性亚锡盐。多级纳米结构的Sn₃O₄实现了30min内太阳光照射条件下甲基橙30％的降解[Song,H.,Son,S.Y.,Kim,S.K.,Jung,G.Y.A facile synthesis ofhierarchical Sn₃O₄nanostructures in an acidic aqueous solution and theirstrong visible-light-driven photocatalytic activity.Nano Research,2015,8(11),3553-3561.]。