[发明专利]一种生物质碳基金属修饰自掺杂富缺陷氧化锡纳米复合光催化材料的制备方法

说明书

一种生物质碳基金属修饰自掺杂富缺陷氧化锡纳米复合材料的制备方法，将金属修饰的自掺杂富缺陷氧化锡半导体异质结通过化学键络合的形式负载分散于生物质碳基得到复合光催化剂材料；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；金属修饰的自掺杂富缺陷氧化锡是将具有等离子共振效应的金属纳米粒子负载于自掺杂富缺陷氧化锡纳米颗粒上。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、金属纳米粒子的等离子共振效应、生物质碳基材料的导电性以及三个组分之间具有化学键合的异质结结构，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，特别一种生物质碳基金属修饰自掺杂富缺陷氧化锡纳米复合光催化材料的制备方法。

背景技术

碳纳米材料具有良好的光致电子转移和双光子吸收的特性，在光催化剂的设计方面可能用作强大的能量转换器，在降解环境中的有害物质、制取氢能源等领域有着广阔的应用前景。但是目前，单一结构的碳材料光催化效率并不理想，使其在实际应用中受到了极大制约。因而开发探索新型结构的碳基复合光催化剂显得极为重要。纳米贵金属由于其等离子共振效应在可见光区表现出强烈的吸收，受到了广泛的关注。自掺杂富缺陷氧化锡(SnO_2-x)具有可观的可见光光催化氧化还原能力。将能够高效利用太阳光的碳基材料与贵金属修饰后的自掺杂富缺陷氧化锡相复合，制备的复合材料能获得这三种材料优势互补的综合优异性能，并实现对光生载流子复合的充分抑制。同时，将生活生产废弃物作为生物质碳的原材料，实现废物利用，能有效减轻环境负担。

自掺杂富缺陷氧化锡SnO_2-x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-xnanoparticles for efficient photocatalytic hydrogen production[J].ChemicalCommunications,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 DriveVisible-Light-Responsive Color Switching[J].Angewandte Chemie InternationalEdition,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 facilesynthesis of hierarchical Sn₃O₄ nanostructures in an acidic aqueous solutionand their strong visible-light-driven photocatalytic activity.Nano Research,2015,8(11),3553-3561.]。