張 宇，孫豐強*，王紅娟

(1.華南師范大學化學與環(huán)境學院，廣東廣州 510006； 2.廣州大學分析測試中心，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1*，王紅娟2

(1.華南師范大學化學與環(huán)境學院，廣東廣州 510006； 2.廣州大學分析測試中心，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 實驗部分

1.1花狀納米SnO2的制備

實驗中所用的氯化亞錫，六次甲基四胺，PEG400，無水乙醇均來自天津市大茂化學試劑廠，均為分析純試劑.

準確稱取1.35 g SnCl2，溶于100 mL的乙醇中.待溶液澄清后，準確稱取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射線衍射儀測定所制備的花狀納米SnO2的晶型，日本電子株式會社的掃描電子顯微鏡對樣品的微觀形貌進行測定，U3010型雙光束紫外-可見分光光度計(日本日立)分析催化劑的吸光性能.

1.3光催化活性測試

光催化活性測試采用5×10-5mol/L甲基橙(MO)水溶液為目標降解物.樣品的光催化性能測試在XPA-2光催化反應裝置中進行，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.

人們在闡釋文化的內(nèi)涵與外延時，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，復旦大學殷曉蓉教授認為：“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)實存在的運動方式，無傳播即無所謂人類，亦無所謂人類文化，可是，人們對傳播這種文化方式多少有些漠然，傳播學的晚成和不夠成熟，就是一個例證。”[3]

將0.05 g催化劑樣品加到200 mL甲基橙水溶液反應器中, 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(462 nm)測定不同降解時間的吸光度值求得降解率；或在500 W氙燈下催化時間為2 h，每隔20 min取樣5 mL，離心，上層清液用UV-vis分光光度計(462 nm)測定不同降解時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

對合成得到的粒子進行物相分析，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的標準譜圖(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)物是有片狀的花瓣狀晶體聚集而成.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.這是反應過程中，反應體系無PEG400，SnO2晶體過度堆積從而導致花瓣的厚度增加，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的吸收強度明顯強于P25的吸收強度.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生長機理探討

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

(1)

(2)

(3)

2.5光催化性能測試

選擇MO作為目標降解物，在500 W高壓汞燈和500 W氙燈輻照下，分別對制備的花狀SnO2進行了光催化測試，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時基本降解完全.與P25對比來看，曲線基本相似(圖5).所以，在汞燈下花狀SnO2是具有與P25相當?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80 min，甲基橙的降解率呈線性增加，達到96%后，基本完全降解(圖6).對比同樣條件下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)域具有較好的應用前景.

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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

國家自然科學基金項目(31071057)

*通訊作者，fengqiangsun@yahoo.com.cn

1000-5463(2012)01-0090-04

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【責任編輯 成 文】