sno_2_tio_2复合纳米纤维的制备及光催化性能

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1、Vol．32高等学校化学学报No．42011年4月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES822～827SnO/TiO复合纳米纤维的制备22及光催化性能1，21，211李跃军，曹铁平，王长华，邵长路(1．东北师范大学先进光电子功能材料研究中心，长春130024;2．白城师范学院化学系，白城137000)摘要采用静电纺丝技术，以聚乙烯吡咯烷酮和钛酸正丁酯为前驱体，制得锐钛矿相TiO2纳米纤维，并以此为模板，采用水热方法制备了具有异质结构的SnO2/TiO2复合纳米纤维．利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散光谱(E

2、DS)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等分析测试手段对产物形貌和结构进行了表征．结果表明，SnO2纳米粒子均匀地生长在TiO2纳米纤维表面，形成了异质结构的SnO2/TiO2复合纳米纤维．通过改变反应物浓度，能有效地实现SnO2/TiO2复合纳米纤维的可控合成．以罗丹明B为模拟污染物，考察了SnO2/TiO2复合纳米纤维的光催化性能，结果表明，该复合纳米纤维的光催化活性明显高于纯TiO2纳米纤维，初步探讨了光催化反应机理．关键词SnO2/TiO2复合纳米纤维;静电纺丝技术;水热方法;可控合成;光催化性能中图分类号O643文献标识码A文

3、章编号0251-0790(2011)04-0822-06半导体TiO2光催化剂因具有无毒、化学性质稳定、难溶、可长期抗光腐蚀和化学腐蚀等优点，在［1～3］降解有机污染物的研究中受到了越来越多的关注．但TiO2被用作光催化剂面临两大关键问题，一是带隙较宽(3.0～3.2eV)，只能吸收波长小于387nm的光子，而到达地球表面的紫外光辐射只占太［4，5］阳辐射到地球上的光谱的4%左右;二是量子产率低，载流子发生复合几率大，光催化效率低，因［6，7］此大大阻碍了TiO2的应用．为充分利用绿色无污染的太阳能，提高TiO2的光催化活性，需对其进行改性，并研究新

4、型多功能的光催化剂．目前，采用多种技术对TiO2进行掺杂或表面改性已有报［8～11］道，如在TiO2表面进行贵金属沉积、过渡金属离子掺杂、染料敏化及复合半导体修饰等，其中半导体复合是一种有效的方法．利用能隙不同但又相近的两种半导体的复合，不仅可以使光生载流子在不同能级半导体之间输运，而且还能得到有效分离，延长载流子寿命，提高量子效率，从而提高催化［12，13］剂的光催化活性．［14］SnO2是典型的n型半导体，带隙为3.5～3.6eV，与TiO2能级匹配．将SnO2与TiO2进行复合，使TiO2表面的光生电子向SnO2转移，不仅可以提高其光生电子和空

5、穴的分离效果，而且会减少［15，16］复合几率，从而大大提高光催化活性．本文以静电纺丝技术制备的纯锐钛矿相TiO2纳米纤维为模板，利用水热法对纤维表面进行修饰，制备了具有异质结构和较高光催化活性的SnO2/TiO2复合纳米纤维．1实验部分1．1试剂与仪器聚乙烯吡咯烷酮(PVP，Ms=1300000，化学纯，北京益利精细化学品有限公司)，钛酸正丁酯［Ti(OiPr)4，分析纯，上海昆行化工科技有限公司］，四氯化锡(SnCl4·5H2O，分析纯，北京益利精细化学品有限公司)，无水乙醇、氢氧化钠和冰醋酸(分析纯，北京化工厂)，二次蒸馏水(自制)．收稿日期:

6、2010-08-20．基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-05-0322)和国家自然科学基金(批准号:50572014，50972027)资助．联系人简介:邵长路，男，博士，教授，博士生导师，主要从事功能纳米材料和无机微孔材料研究．E-mai:clshao@nenu．edu．cnNo．4李跃军等:SnO2/TiO2复合纳米纤维的制备及光催化性能823HitachiS-570扫描电子显微镜(SEM，日本日立公司);RigakuD/max2500VPCX射线衍射仪(XRD，日本理光公司);JEM-2010透射电子显微镜(TEM，日本

7、JEOL公司);Cary500紫外-可见-近红外光谱仪(UV-Vis-NIR，美国Varian公司);IGA-100B氮孔率智能重量分析仪(BET，英国Hiden公司);自制的静电纺丝装置．1．2实验过程取1.0gPVP溶解在10mL无水乙醇中，磁力搅拌2h，制得溶液A;将1.5mL钛酸正丁酯在搅拌下缓慢滴加到3mL无水乙醇和3mL冰醋酸的混合溶液中，继续搅拌30min，制得溶液B;室温下将溶液B缓慢滴加到溶液A中，强力搅拌2h，制得PVP/Ti(OiPr)4前驱体溶液．利用自制的静电纺丝装置，取适量的PVP/Ti(OiPr)4前驱体溶液于注射器中，

8、并将金属电极探入前端毛细管内，调节注射器倾斜角度大约与水平面成45°．毛细管尖端与接收板的距离为15cm，施