花狀納米結(jié)構(gòu)SnO2顆粒的低溫水浴合成及其光催化性能

張 宇，孫豐強(qiáng)*，王紅娟

(1.華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東廣州 510006； 2.廣州大學(xué)分析測(cè)試中心，廣東廣州 510006)

花狀納米結(jié)構(gòu)SnO2顆粒的低溫水浴合成及其光催化性能

張 宇1，孫豐強(qiáng)1*，王紅娟2

(1.華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東廣州 510006； 2.廣州大學(xué)分析測(cè)試中心，廣東廣州 510006)

以SnCl2為錫源，乙醇為溶劑，六次甲基四胺、聚乙二醇400為輔助劑在低溫水浴(60 ℃)中合成了花狀納米結(jié)構(gòu)SnO2顆粒，由納米片組裝成球形，直徑約4 μm，其形成與PEG 400 的加入密切相關(guān).這種納米結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的光催化性能，使SnO2顆粒在汞燈和氙燈照射下有效降解甲基橙，其活性高于P25.

花狀納米結(jié)構(gòu)； SnO2； 光催化

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1花狀納米SnO2的制備

實(shí)驗(yàn)中所用的氯化亞錫，六次甲基四胺，PEG400，無水乙醇均來自天津市大茂化學(xué)試劑廠，均為分析純?cè)噭?

準(zhǔn)確稱取1.35 g SnCl2，溶于100 mL的乙醇中.待溶液澄清后，準(zhǔn)確稱取1 g六次甲基四胺溶于其中.并加入10 g PEG400.然后將溶液置于恒溫水浴鍋內(nèi)，攪拌，在60 ℃.反應(yīng)6 h，離心，用去離子水和乙醇分別離心洗滌3次，在60 ℃下真空干燥，得到產(chǎn)物.

1.2花狀納米SnO2表征

使用丹東射線儀器有限公司的X射線衍射儀測(cè)定所制備的花狀納米SnO2的晶型，日本電子株式會(huì)社的掃描電子顯微鏡對(duì)樣品的微觀形貌進(jìn)行測(cè)定，U3010型雙光束紫外-可見分光光度計(jì)(日本日立)分析催化劑的吸光性能.

1.3光催化活性測(cè)試

光催化活性測(cè)試采用5×10-5mol/L甲基橙(MO)水溶液為目標(biāo)降解物.樣品的光催化性能測(cè)試在XPA-2光催化反應(yīng)裝置中進(jìn)行，光源分別選用500 W高壓汞燈和500 W氙燈，置于柱狀套管中，套管內(nèi)使用循環(huán)水保持溫度恒定.

人們?cè)陉U釋文化的內(nèi)涵與外延時(shí)，往往并未將“傳播”納入其研究視野。論及傳播與文化的關(guān)系，復(fù)旦大學(xué)殷曉蓉教授認(rèn)為：“盡管地球上自有人類而言，傳播就開始了，盡管傳播與人俱來，盡管傳播是如此重要——它是人之現(xiàn)實(shí)存在的運(yùn)動(dòng)方式，無傳播即無所謂人類，亦無所謂人類文化，可是，人們對(duì)傳播這種文化方式多少有些漠然，傳播學(xué)的晚成和不夠成熟，就是一個(gè)例證?！盵3]

將0.05 g催化劑樣品加到200 mL甲基橙水溶液反應(yīng)器中, 暗光條件下攪拌30 min，然后分別在500 W高壓汞燈下光催化1 h，每隔10 min取樣5 mL，離心，上層清液用UV-vis分光光度計(jì)(462 nm)測(cè)定不同降解時(shí)間的吸光度值求得降解率；或在500 W氙燈下催化時(shí)間為2 h，每隔20 min取樣5 mL，離心，上層清液用UV-vis分光光度計(jì)(462 nm)測(cè)定不同降解時(shí)間的吸光度值求得降解率.

2 結(jié)果與討論

2.1X射線衍射(XRD)表征

對(duì)合成得到的粒子進(jìn)行物相分析，產(chǎn)物在晶面(110) (2θ= 26.5°) 、(101) (2θ= 33.98°) 及(211) (2θ= 51.8°)處出現(xiàn)明顯衍射峰，與SnO2的標(biāo)準(zhǔn)譜圖(JCPDS 21-1250)一致，表明合成的產(chǎn)物是四方相的SnO2(圖1).

圖1 SnO2樣品的XRD譜圖

2.2掃描電子顯微鏡(SEM)表征

所得的SnO2產(chǎn)物具有花狀結(jié)構(gòu)(圖2A)，在花的表面存在一些納米顆粒.圖2B是SnO2納米花狀放大20 000倍的SEM圖，可以清晰的看到產(chǎn)物是有片狀的花瓣?duì)罹w聚集而成.每朵花的的直徑約為4 μm.

圖2 花狀納米SnO2的SEM

圖3表明，在沒有加入PEG400的情況下，制備得到的SnO2呈微球狀，微球直徑約為7 μm，在微球的表面有很多溝槽.這是反應(yīng)過程中，反應(yīng)體系無PEG400，SnO2晶體過度堆積從而導(dǎo)致花瓣的厚度增加，片間縫隙被填充減小的緣故.綜上可見，反應(yīng)體系存在PEG400是形成花狀SnO2的重要條件之一.

圖3 未加PEG400制備的SnO2的SEM圖

Figure 3 SEM images of flower-like SnO2prepared without PEG400

2.3紫外可見吸收光譜分析

制備的SnO2和商品P25的UV-VIS吸收光譜結(jié)果(圖4)顯示，在可見光波長區(qū)間和低于300 nm波長的紫外范圍內(nèi)，所制SnO2的吸收強(qiáng)度明顯強(qiáng)于P25的吸收強(qiáng)度.說明所制備的SnO2在可見光及波長低于300 nm范圍內(nèi)具有更高的活性.

圖4 制備的SnO2和商品P25的UV-VIS吸收光譜

2.4生長機(jī)理探討

隨著加熱的進(jìn)行，空氣中的水分慢慢進(jìn)入到反應(yīng)體系中，六次甲基四胺為反應(yīng)體系提供一個(gè)弱堿性的環(huán)境，促使Sn2+水解：

(1)

(2)

(3)

2.5光催化性能測(cè)試

選擇MO作為目標(biāo)降解物，在500 W高壓汞燈和500 W氙燈輻照下，分別對(duì)制備的花狀SnO2進(jìn)行了光催化測(cè)試，考察了MO的降解程度.

花狀SnO2在500 W高壓汞燈下降解甲基橙只需要10 min，可使降解率超過80%，20 min時(shí)基本降解完全.與P25對(duì)比來看，曲線基本相似(圖5).所以，在汞燈下花狀SnO2是具有與P25相當(dāng)?shù)墓獯呋钚缘母咝Ч獯呋瘎?

圖5 花狀SnO2在汞燈下降解甲基橙的性能

Figure 5 The photocatalytic activity of flower-like SnO2for degrading MO solution under the mercury lamp

花狀SnO2在500 W氙燈下降解甲基橙，反應(yīng)80 min，甲基橙的降解率呈線性增加，達(dá)到96%后，基本完全降解(圖6).對(duì)比同樣條件下P25降解甲基橙的性能，顯然花狀SnO2具有更高的光催化活性.

圖6 花狀SnO2在氙燈下降解甲基橙的性能

Figure 6 The photocatalytic activity of flower-like SnO2for degrading MO solution under xenon lamp

3 結(jié)論

(1)通過低溫水浴法可在60 ℃制備花狀納米結(jié)構(gòu)SnO2顆粒，PEG400在花狀SnO2的形成過程中具有決定性的作用，為低溫水熱法制備微納米結(jié)構(gòu)材料提供了新的思路.

(2)花狀結(jié)構(gòu)SnO2在汞燈和氙燈下均可降解甲基橙，具有良好的光催化性能，在光催化領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景.

[1] CHEN Shifu, CHEN Lei, GAO Shen, et al. The preparation of coupled SnO2/TiO2photocatalyst by ball milling [J]. Mater Chem Phys, 2006, 98(1)： 116-120.

[2] ZHANG Ling, ZHU Yingjie, CAO Shaowen. SnO2and ZnO nanostructured spheres self-assembled by nanocrystals: Microwave-assisted preparation and enhancement of photocatalytic activity [J]. Chem Lett, 2008, 37 (9): 1002-1003.

[3] LUO Suhua, FAN Jiyang, LIU Weili, et al. Synthesis and low-temperature photoluminescence properties of SnO2nanowires and nanobelts [J]. Nanotechnology, 2006, 17 (6):1695.

[4] CHENG Bin, RUSSELL J M, SHI Wensheng, et al. Large-scale, solution- phase growth of single-crystalline SnO2nanorods [J]. J Am Chem Soc, 2004, 126(19): 5972-5793.

[5] ZHAO Lili, YOSEF M, STEINHART M, et al. Porous silicon and alumina as chemically reactive templates for the synthesis of tubes and wires of SnSe, Sn, and SnO2[J]. Angew Chem Int Ed， 2005, 45(2): 311-315.

[6] HAN Xiangming , ZHANG Bing, GUAN Shaokang, et al. Gas-sensing properties of SnO2nanobelts synthesized by thermal evaporation of Sn foil [J]. J Alloy Compd, 2008, 461 (1/2): L26-L28.

[7] 黃文達(dá), 高紹康, 魏明燈. 水熱合成V3O7·H2O 納米帶及其電化學(xué)性能研究[J]. 華南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版， 2009(增刊)：10-11.

Keywords： flower-like nanostructure; SnO2; photocatalytic activity

PreparationofFlower-LikeNanostructuredSnO2ParticlesbyLow-TemperatureWater-BathMethodandTheirPhotocatalyticActivity

ZHANG Yu1, SUN Fengqiang1*, WANG Hongjuan2

(1. School of Chemistry and Environment, South China Normal University, Guangzhou 510006, China; 2. Analytical and Testing Center of Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

Flower-like SnO2nanostructures have been successfully prepared by a water-bath heating method using SnCl2as the starting materials. Analysis of the formation of lower-like nanostructure indicated the role of PEG400 in the process. The photocatalytic activity was evaluated by photocatalytic degradation of methyl orange (MO) under UV light and xenon lamp, which shows that the prepared flower-like nano-SnO2can be used as a high effective photocatalyst.

2011-05-17

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31071057)

*通訊作者，fengqiangsun@yahoo.com.cn

1000-5463(2012)01-0090-04

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【責(zé)任編輯 成 文】