一种光活性缺陷光催化剂及制备方法和用途与流程

本发明涉及光催化材料的制备技术领域，特指一种光活性缺陷光催化剂及制备方法和用途，具体为一种sno2光催化剂及制备方法和用途，用于光催化co2还原。

背景技术：

由于矿石燃料的大量开采和耗用，用于满足人类日益增长的需求，同时也造成了co2的大量排放，对环境造成了诸多影响。面对能源危机和环境问题，世界的关注热点都在发展新清洁能源技术，其中，借太阳能高能和蕴涵量巨大的优点，将co2转化为附加值高的碳产品。该技术开发关键在于采取新颖和普适的设计理念，从不同角度出发，调控催化材料的结构，电化学性质等方面，在继承现有的传统光催化剂的已有的特性上，拓展新的光学性能，以期高效转化和高选择性得到产物。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于co2转化的光催化剂及制备方法，从金属sn的卤化物出发，设计了一种纳米管光催化剂，与其它金属氧化物相比，活性位点以及光谱吸收范围，都有提升，重要的是，匹配的价带电位适合co2还原，而且能有效抑制光生电子空穴的复合，提高了电子空穴分离效率，从而具有了更优的催化效果。

本发明所提供的一种用于co2转化的纳米管结构的光活性缺陷光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将聚乙烯吡咯烷酮(pvp)，n，n-二甲基甲酰胺(dmf)和乙醇在室温下第一次搅拌，搅拌结束之后加入sncl2·2h2o，再进行第二次搅拌，得到目标溶液；

(2)将步骤(1)所得目标溶液装入带有不锈钢针的塑料注射器中，通过静电纺丝仪器获得前驱体纤维，将前驱体纤维在烘箱中干燥；

(3)将步骤(2)所得的干燥后的前驱体纤维放入方舟，煅烧后得到无缺陷的sno2样品；

(4)对步骤(3)所得sno2样品进行等离子体处理，得到目标催化剂(vo-sno2)。

上述制备方法中，所述试剂类别均为化学分析纯。

上述制备方法中，所述的步骤(1)中，sncl2·2h2o、pvp、dmf和乙醇的比例为1g:1g:5ml:5ml。

上述制备方法中，步骤(1)中，所述的第一次搅拌时间为3-5h，第二次搅拌时间1-2h；搅拌温度为室温。

上述制备方法中，步骤(2)中，所述的施加在不锈钢针上的电压为15-20kv，不锈钢针与扁平收集器之间的收集距离为15cm；干燥温度为80℃，干燥时间为2小时。

上述制备方法中，步骤(3)中，所述的升温程序设置为5℃/min，煅烧温度为300℃，煅烧气氛为空气氛围，煅烧时间为120min。

上述制备方法中，步骤(4)中，所述等离子体处理方法为：放电功率为50-200w；处理气氛为氨气、氩气或氢气；处理时间为5-15min，气体流量为300ml/min。

本发明还提供了由上述方法制备sno2纳米管催化材料。

本发明制备的sno2纳米管具有良好的光催化性能和光电性能。能高效还原co2，选择性高。其主要通过对电子结构进行设计、规范，形成缺陷，而丰富的氧缺陷可以更好的改善材料的光催化性能，材料的改性过程成功一般可从材料的颜色，材料的微观形貌，还有电子自旋共振谱探测出。本发明提供的制备方法中，原料易得，工艺简单，反应温和，且工艺原料在工业上可实现循环使用，从而使整个合成过程绿色环保，有效的降低了产品成本，具有很高的应用前景和使用价值。

附图说明

图1为vo-sno2的扫描电镜图。

图2为vo-sno2的透射电镜图。

图3为sno2和vo-sno2的xrd图谱。

图4为sno2和vo-sno2的uv-vis谱图。

图5为sno2和vo-sno2的esr图谱。

图6为实施例3中等离子体处理前后sno2的co2还原活性对比图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明进行详细的阐述，而不是限制本发明。

下述实施例中使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

制备目标溶液：称取1gpvp和量取dmf5ml，加入到5ml乙醇中，室温下搅拌3h，溶解充分并混合均匀，搅拌结束后加入1gsncl2·2h2o继续搅拌1h，得到目标溶液。

制备前驱体纤维：将所得目标溶液，装入带有不锈钢针的20ml塑料注射器中。通过静电纺丝获得前驱体纤维，施加在不锈钢针上的电压为15kv，不锈钢针与扁平收集器之间的收集距离为15cm。将前驱体纤维在烘箱中在80℃下干燥2小时。

制备sno2样品：将前驱体纤维放入方舟，空气氛围下，从室温以5℃/min的升温速率升温到300℃，300℃煅烧120分钟。得到无缺陷的sno2样品。

制备vo-sno2纳米管：将完全烘干的带有白色的sno2的石英片放置于介质阻挡放电反应器中，以50-150w功率进行等离子体放电处理，处理时间为5-15min。处理过程中匀速通入不同气体，气体流量为300ml/min。处理结束最终得到灰色光催化材料。

实施例一：将1gpvp和5mldmf全部溶于5ml乙醇，室温下搅拌3h。再加入1gsncl2·2h2o继续搅拌1h，然后装入带有不锈钢针的20ml塑料注射器中。通过静电纺丝获得前驱体纤维，施加在不锈钢针上的电压为15kv，不锈钢针与扁平收集器之间的收集距离为15cm，将前驱体纤维在烘箱中在80℃下干燥2小时。再将上述物质放入方舟，300℃煅烧120分钟，升温速率为5℃/min。得到无缺陷的sno2。再将sno2用等离子体技术处理，在氩气氛围中，150w放电处理，处理时间5min，气体流量300ml/min，最终得vo-sno2。

实施例二：将2gpvp和10mldmf全部溶于10ml乙醇，室温下搅拌5h。再加入2gsncl2·2h2o继续搅拌2h，然后装入带有不锈钢针的20ml塑料注射器中。通过静电纺丝获得前体纤维，施加在针上的电压为15kv，针与扁平收集器之间的收集距离为15cm。将前驱体纤维在烘箱中在80℃下干燥2小时。再将上述物质放入方舟，300℃煅烧120分钟，升温速率为5℃/min。得到无缺陷的sno2。再将sno2用等离子体技术处理，在氨气氛围中，200w放电处理，处理时间10min，气体流量300ml/min，最终得vo-sno2。

实施例三：将1gpvp和5mldmf全部溶于5ml乙醇，室温下搅拌4h。再加入1gsncl2·2h2o继续搅拌2h，然后装入带有不锈钢针的20ml塑料注射器中。通过静电纺丝获得前驱体纤维，施加在不锈钢针上的电压为15kv，不锈钢针与扁平收集器之间的收集距离为15cm。将前驱体纤维在烘箱中在80℃下干燥2小时。再将上述物质放入方舟，300℃煅烧120分钟，升温速率为5℃/min。得到无缺陷的sno2。再将sno2用等离子体技术处理，在氮气氛围中，150w放电处理，处理时间15min，气体流量300ml/min，最终得vo-sno2。

制备的用于光催化co2还原的纳米管结构光催化剂的形貌和尺寸采用jeoljsm-7001f场发射扫描电子显微镜进行测定，样品分析时所采用的电子束加速电压为10kv，结果如图1所示；sno2纳米管均匀分布，并且纳米管结构均一，另外这也能表明sno2纳米管具有大的表面积，可暴露更多的活性位点。

制备的用于光催化co2还原的纳米管光催化剂的结构测试：shimaduxrd-6000衍射仪(xrd)上进行的，其cu-kα作为光源，在2θ＝10°-80°的范围内，扫描速率为7°min^-1。图2所示vo-sno2成功制备，其与sno2特征峰近乎一样，无太大差异

图3是vo-sno2的透射电镜图，图中可以看到纳米管分布均匀，结构均一。

图4是sno2和vo-sno2的uv-vis图谱，如图所示，我们合成的富氧空位vo-sno2相比于未处理sno2，光吸收范围增大，这表明电子-空穴对的更容易受到激发。

图5是sno2和vo-sno2的esr光谱，可以看出vo-sno2比sno2表现出现了更强的氧缺陷信号，证明我们成功得到vo-sno2。

图6为光催化co2还原生成co速率对比图，从图中可以看出制备的vo-sno2和sno2相比，催化性能有很大的提升，约为处理前的3.2倍,高达54.2μmolg^-1h^-1。

以上所揭露的仅为本发明较佳实例而已，再不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段进行替换和改进，均应包含在本发明保护范围之内。