纳米晶二氧化锡复合薄膜的制备及其光催化性能研究

发布时间：2019-11-02 01:13

【摘要】：二氧化锡是一种非常重要的宽能级n型半导体金属氧化物(禁带宽度为3.6 eV)由于其具有良好的气敏性能和独特的光学、电学性能,在气敏元件、气体传感器、电极材料及太阳能电池等多种领域有着广阔的应用前景。然而随着人们对二氧化锡的进一步研究,发现它也是一种很好的光催化剂,越来越多的人将其应用到光催化领域。光催化作用是在具有较高能量的紫外光照射下激发产生的,但是由于二氧化锡具有较宽的能级,因此只有较小波长的紫外光才能激发它的光催化作用,使得其对太阳光的利用率较低。另外,在光催化的过程中发挥关键作用的光生电子-空穴对因为不稳定而很容易复合,这也限制了二氧化锡光催化作用的发挥。所以,为了更好的发挥二氧化锡在光催化领域中的作用就必须解决两个方面的问题:一、减小禁带宽度;二、降低光生电子-空穴对的复合率。本文主要通过离子掺杂和复合薄膜的构建实现了对二氧化锡薄膜的改性,具体研究内容如下:1.纳米晶二氧化锡复合薄膜的制备及其性能测试本实验过程中以二水合氯化锡为锡源,以二水合醋酸锌为锌源,均采用溶胶-凝胶法分别制备出SnO_2胶体和ZnO胶体。将制备好的以上两种胶体按照不同的体积比进行混合成复合胶体,然后通过检测对酸性品红的降解程度找到最佳的体积配比即为我们需要的SnO_2/ZnO复合胶体。利用浸渍提拉法使SnO_2胶体和SnO_2/ZnO复合胶体分别附着在玻璃片上制成不同的薄膜,采用外掺法将B、F、Fe、Co、Ag、La等离子以单掺或者双掺的形式掺杂在上述薄膜表面,将掺杂后的薄膜在550℃高温条件下焙烧1 h,通过对酸性品红的降解找到最佳的单掺或者双掺离子浓度。在最佳配比和双掺条件下进一步对较难降解的土霉素、甲醛进行降解后发现经过了薄膜复合以及离子掺杂等改性措施之后SnO_2的光催化性能有了显著地提高。2.纳米晶二氧化锡复合薄膜的表征本实验使用荧光发射光谱仪(PL)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、氮气吸附-脱附仪(BET)等一系列手段对于SnO_2/ZnO复合薄膜的光学性能及结构特征进行表征。其中PL和UV-vis的表征结果说明经过掺杂改性后的SnO_2/ZnO复合薄膜在光催化过程中产生的光生电子-空穴对的复合率得到大大的降低而且扩大了SnO_2光吸收响应范围。FE-SEM和BET的表征结果说明经复合掺杂改性后的薄膜表面粒子分布比较均匀并且颗粒变小比表面积增大,这些改变对于光催化都是有利的。3.光催化作用机理的探讨SnO_2属于n型半导体,具有较宽带隙能(3.6 eV),ZnO也属于n型半导体同样具有较宽的带隙能(3.2 eV),但将SnO_2和ZnO复合后会形成交错能级,这样可以明显降低SnO_2的带隙能。而采用离子掺杂后不仅能够在SnO_2内部形成掺杂能级降低SnO_2的带隙能,而且掺杂后带有正负电荷的离子会形成电子-空穴对的捕获阱,从而使电子-空穴对的复合率大大降低。
【图文】：

晶型结构,金红石,锡离子

纳米晶二氧化锡复合薄膜的光催化性能研究在科学实验中应用最为广泛也最富有现实意义。结构和光催化机理结构体类型包括四方晶系、立方晶系和正交晶系，而在功能材金红石结构为主，其它晶型则不能稳定存在。从图 1.1 可石结构：图中灰色的代表锡离子位于立方体和顶点的中锡离子为顶点构成平面三角形的中心上，，形成 Sn-O6 八面间有一条棱共用，且彼此间以链状形式紧密排列，因此此，即使在高温条件下也不易产生晶型转变[18,19]。

示意图,复合机理,示意图

图 1.3 SnO2/ZnO 复合机理示意图晶 SnO2的应用 SnO2材料具备许多优良的性质比如优越的光学性质、电学性性、高稳定性、特殊的气敏性等等，因此 SnO2作为一种功能性甚至在传感器制作等多种领域均有着非常广泛的应用，而在光，但是近年来随着人们对纳米 SnO2光催化活性的研究越来越领域的应用也逐渐增多。光、电、磁领域的应用业生产为人们的生活带来便利，例如常见的透明导电膜、透器[78]以及锂电池[79]和太阳能电池[80]等产品中都有纳米 SnO2材纳米 SnO良好的导电性能和可见光透明性能，可制成多种光
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36;O644.1

【参考文献】