[发明专利]一种SnO2-TiO2复合纳米光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和光催化技术领域，涉及一种SnO₂-TiO₂复合纳米光催化剂的制备方法。

背景技术

TiO₂俗称钛白粉，是一种n型的半导体材料，禁带宽度为3.2eV。因其具有高比表面积，价廉无毒，光电性能强，催化活性高等优点，因此成为当前最有应用潜力的光催化剂。但是，TiO₂的内在物理特性决定其对太阳能利用率很低，电子-空穴复合率高，导致光催化活性大大降低。因此，通过对TiO₂进行改性使其激发的波长从紫外线向可见光扩大，减慢电子-空穴的复合，增加光催化效率，已成为科学家的研究重点。目前，为了实现这一目标，采用多种不同技术对TiO₂进行改性或掺杂，以提高其光催化活性。如在TiO₂金属表面掺杂过渡金属、非金属，表面沉积贵金属，表面光敏化处理以及半导体复合等。半导体复合主要是利用能带宽度不同但又相近的两种半导体复合，这样不仅可以使光生载流子在不同能级载流子之间运输，而且延长了载流子的寿命，很大程度上避免了载流子的复合，提高了载流子的分离率，从而提高了体系的光催化活性。

SnO₂也是一种典型的n型半导体，其禁带宽度3.5～3.6eV，化学性质稳定，其能级与半导体TiO₂相匹配，而SnO₂与TiO₂的导带能级间的差异导致SnO₂和TiO₂复合后，光生电子从TiO₂表面转移并在SnO₂上富集，相应减少了TiO₂表面电子的密度，光生电子和空穴可以有效的分离，也就减少了光生电子-空穴对的复合几率，可大大提高TiO₂的光催化活性，为此我们希望通过研究纳米TiO₂与SnO₂形成的复合材料来有效的降低光生电子-空穴对的复合，从而提高光量子产率，同时拓宽紫外可见吸收光谱，达到提高光催化活性的目的。

纳米光催化剂是污染物的克星，其作用机理是：纳米光催化剂在特定波长光的照射下受激生成电子-空穴对，这种电子-空穴对和周围的水、氧气发生作用后，具有极强的氧化-还原能力，能将空气中甲醛、苯等污染物直接分解成无害无味的物质。在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其价带上的电子（e^-）就会被激发到导带上，同时在价带上产生空穴（h⁺）。光生空穴有很强的氧化能力，光生电子具有很强的还原能力，它们可以迁移到半导体表面的不同位置，与表面吸附的污染物发生氧化还原反应。

目前，使SnO₂和TiO₂复合的技术手段有很多种，其中的共沉淀法、溶胶凝胶法、水热法都是十分典型的传统方法，许多纳米材料的制备都是通过这些方法制备或者是通过这些方法的延申或相结合的方法制备，因此，它们在固体催化剂材料的制备以及研究上起着十分重要的作用。

溶胶-凝胶法是将一些易水解的金属盐经水解和缩聚等化学反应制得溶胶，再将溶胶转化为凝胶，再通过焙烧得到纳米粉体的方法。该方法合成温度低，过程易于控制；工艺简单利于批量生产，并且制得的粉体具有高度的化学组成均匀性、高纯性、超细性等。

溶胶-溶剂热法是将溶胶凝胶法中形成凝胶前的溶胶直接转移到高压反应釜中进行溶剂热反应。

沉淀法是经典且广泛应用的一种制备固体催化剂的方法，几乎所有的固体催化剂至少有一部分是由沉淀法制备的，共沉淀法是将催化剂所需的两个或两个以上组分在沉淀剂的作用下同时沉淀的一个方法，其特点是一次可以同时获得几个组分，而且各个组分的分布比较均匀，如果各组分之间能够形成固溶体，那么对光的吸收能力更好。

共沉淀-水热法是将已经形成沉淀的组分直接转移到高压反应釜中进行水热反应。

水热法是在密封反应釜内，以水溶液作为反应介质，加热反应容器，创造高压反应环境，把在常温常压下，溶液中不易被氧化的物质或者不易合成的物质，通过将物系置于封闭的高温高压条件下来加速反应的进行的一种材料制备方法。水热法的工艺和设备简单，易于控制，无需高温灼烧处理，产物直接为晶态。