[发明专利]一种富含氧空位的黑色介孔SnO2纳米片及其制备方法

说明书

本发明涉及的是一种富含氧空位的黑色介孔SnO₂纳米片及其制备方法，具体包括如下步骤：(1)采用化学气相沉积工艺制备SnS₂纳米片前躯体；(2)将SnS₂纳米片前躯体置于气氛炉内，在氧化性气氛下煅烧获得普通白色介孔SnO₂纳米片；(3)将白色介孔SnO₂纳米片置于气氛炉中，在氩气和氢气混合气氛中退火以获得富含氧空位的黑色介孔SnO₂纳米片。本发明优势在于其制备工艺简单、成本低、无污染，最终获得的样品是具有介孔结构的纳米片，其比表面积大、电学性能优异，并对可见光有明显吸收作用。本发明所得样品可广泛用于气敏、催化、太阳能电池、锂离子电池等领域。

技术领域

本发明涉及新型无机纳米材料制备领域，特指一种富含氧空位的黑色介孔SnO₂纳米片及其制备方法。

背景技术

SnO₂是一种宽禁带的半导体，其物理化学性质稳定，具有良好光学、电学和结构特性，因此在气敏、催化、太阳能电池、锂离子电池等领域均具有广泛的应用前景。然而，由于本征SnO₂的带隙较宽(3.5～4.0eV)，难以吸收可见光，导致其在光催化和太阳能电池中对太阳能的利用率较低。另外，其较差的导电性使得其在气敏和锂离子电池方面的应用性能不佳。因此，调控SnO₂的能带结构，改善其光学和电学性质有助于提升其在各领域的应用与发展前景。研究证明，在氧化物半导体中引入氧空位缺陷，能够产生跟氧空位有关的新的缺陷能级或者浅施主能级，从而能够调整其能带结构，达到拓宽其光响应范围、提高光生载流子分离效率和导电性的目的(G.Wang et al.,Nano Today,2017,13,23.)。另外，材料的结构与形貌也是影响其性能的重要因素。文献报道的有关富含氧空位缺陷的SnO₂都是纳米颗粒，样品之间相互堆叠，电学和光学性质均较差(W.J.Dong et al.,Adv.Mater.,2017,29,1700136；Y.J.Yang et al.,Appl.Surf.Sci.,2017,420,399.)。为了克服SnO₂纳米粉体材料的缺点，实现富含氧空位的SnO₂纳米片的制备可为其基础研究和实际应用奠定重要基础。因此，有必要发展一种富含氧空位缺陷的SnO₂纳米片及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富含氧空位的黑色介孔SnO₂纳米片及其制备方法，本发明优势在于其制备工艺简单、成本低、无污染，最终获得的样品是具有介孔结构的纳米片，其比表面积大、电学性能优异，并对可见光有明显吸收作用。本发明所得样品可广泛用于气敏、催化、太阳能电池、锂离子电池等领域。

本发明的技术方案如下：

一种富含氧空位的黑色介孔SnO₂纳米片及其制备方法，具体步骤如下：

步骤一：采用化学气相沉积工艺在衬底上制备SnS₂纳米片前躯体；

步骤二：将SnS₂纳米片前躯体置于氧化气氛炉内煅烧获得普通白色介孔SnO₂纳米片；

步骤三：将普通白色介孔SnO₂纳米片置于还原气氛炉中，在一定比例氩气和氢气混合气氛中退火以获得富含氧空位的黑色介孔SnO₂纳米片。

进一步，步骤一所述的化学气相沉积在管式炉中进行，原料为硫粉和五水四氯化锡粉，其质量比为2/1，生长衬底为氟掺杂二氧化锡透明导电玻璃(FTO)或者碳纸(CP)。