花状纳米结构SnO2颗粒的低温水浴合成及其光催化性能

张 宇，孙丰强*，王红娟

(1.华南师范大学化学与环境学院，广东广州 510006； 2.广州大学分析测试中心，广东广州 510006)

花状纳米结构SnO2颗粒的低温水浴合成及其光催化性能

张 宇1，孙丰强1*，王红娟2

(1.华南师范大学化学与环境学院，广东广州 510006； 2.广州大学分析测试中心，广东广州 510006)

以SnCl2为锡源，乙醇为溶剂，六次甲基四胺、聚乙二醇400为辅助剂在低温水浴(60 ℃)中合成了花状纳米结构SnO2颗粒，由纳米片组装成球形，直径约4 μm，其形成与PEG 400 的加入密切相关.这种纳米结构具有优良的光催化性能，使SnO2颗粒在汞灯和氙灯照射下有效降解甲基橙，其活性高于P25.

花状纳米结构； SnO2； 光催化

1 实验部分

1.1花状纳米SnO2的制备

实验中所用的氯化亚锡，六次甲基四胺，PEG400，无水乙醇均来自天津市大茂化学试剂厂，均为分析纯试剂.

准确称取1.35 g SnCl2，溶于100 mL的乙醇中.待溶液澄清后，准确称取1 g六次甲基四胺溶于其中.并加入10 g PEG400.然后将溶液置于恒温水浴锅内，搅拌，在60 ℃.反应6 h，离心，用去离子水和乙醇分别离心洗涤3次，在60 ℃下真空干燥，得到产物.

1.2花状纳米SnO2表征

使用丹东射线仪器有限公司的X射线衍射仪测定所制备的花状纳米SnO2的晶型，日本电子株式会社的扫描电子显微镜对样品的微观形貌进行测定，U3010型双光束紫外-可见分光光度计(日本日立)分析催化剂的吸光性能.

1.3光催化活性测试

光催化活性测试采用5×10-5mol/L甲基橙(MO)水溶液为目标降解物.样品的光催化性能测试在XPA-2光催化反应装置中进行，光源分别选用500 W高压汞灯和500 W氙灯，置于柱状套管中，套管内使用循环水保持温度恒定.

人们在阐释文化的内涵与外延时，往往并未将“传播”纳入其研究视野。论及传播与文化的关系，复旦大学殷晓蓉教授认为：“尽管地球上自有人类而言，传播就开始了，尽管传播与人俱来，尽管传播是如此重要——它是人之现实存在的运动方式，无传播即无所谓人类，亦无所谓人类文化，可是，人们对传播这种文化方式多少有些漠然，传播学的晚成和不够成熟，就是一个例证。”[3]

将0.05 g催化剂样品加到200 mL甲基橙水溶液反应器中, 暗光条件下搅拌30 min，然后分别在500 W高压汞灯下光催化1 h，每隔10 min取样5 mL，离心，上层清液用UV-vis分光光度计(462 nm)测定不同降解时间的吸光度值求得降解率；或在500 W氙灯下催化时间为2 h，每隔20 min取样5 mL，离心，上层清液用UV-vis分光光度计(462 nm)测定不同降解时间的吸光度值求得降解率.

2 结果与讨论

2.1X射线衍射(XRD)表征

对合成得到的粒子进行物相分析，产物在晶面(110) (2θ= 26.5°) 、(101) (2θ= 33.98°) 及(211) (2θ= 51.8°)处出现明显衍射峰，与SnO2的标准谱图(JCPDS 21-1250)一致，表明合成的产物是四方相的SnO2(图1).

图1 SnO2样品的XRD谱图

2.2扫描电子显微镜(SEM)表征

所得的SnO2产物具有花状结构(图2A)，在花的表面存在一些纳米颗粒.图2B是SnO2纳米花状放大20 000倍的SEM图，可以清晰的看到产物是有片状的花瓣状晶体聚集而成.每朵花的的直径约为4 μm.

图2 花状纳米SnO2的SEM

图3表明，在没有加入PEG400的情况下，制备得到的SnO2呈微球状，微球直径约为7 μm，在微球的表面有很多沟槽.这是反应过程中，反应体系无PEG400，SnO2晶体过度堆积从而导致花瓣的厚度增加，片间缝隙被填充减小的缘故.综上可见，反应体系存在PEG400是形成花状SnO2的重要条件之一.

图3 未加PEG400制备的SnO2的SEM图

Figure 3 SEM images of flower-like SnO2prepared without PEG400

2.3紫外可见吸收光谱分析

制备的SnO2和商品P25的UV-VIS吸收光谱结果(图4)显示，在可见光波长区间和低于300 nm波长的紫外范围内，所制SnO2的吸收强度明显强于P25的吸收强度.说明所制备的SnO2在可见光及波长低于300 nm范围内具有更高的活性.

图4 制备的SnO2和商品P25的UV-VIS吸收光谱

2.4生长机理探讨

随着加热的进行，空气中的水分慢慢进入到反应体系中，六次甲基四胺为反应体系提供一个弱碱性的环境，促使Sn2+水解：

(1)

(2)

(3)

2.5光催化性能测试

选择MO作为目标降解物，在500 W高压汞灯和500 W氙灯辐照下，分别对制备的花状SnO2进行了光催化测试，考察了MO的降解程度.

花状SnO2在500 W高压汞灯下降解甲基橙只需要10 min，可使降解率超过80%，20 min时基本降解完全.与P25对比来看，曲线基本相似(图5).所以，在汞灯下花状SnO2是具有与P25相当的光催化活性的高效光催化剂.

图5 花状SnO2在汞灯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

花状SnO2在500 W氙灯下降解甲基橙，反应80 min，甲基橙的降解率呈线性增加，达到96%后，基本完全降解(图6).对比同样条件下P25降解甲基橙的性能，显然花状SnO2具有更高的光催化活性.

图6 花状SnO2在氙灯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 结论

(1)通过低温水浴法可在60 ℃制备花状纳米结构SnO2颗粒，PEG400在花状SnO2的形成过程中具有决定性的作用，为低温水热法制备微纳米结构材料提供了新的思路.

(2)花状结构SnO2在汞灯和氙灯下均可降解甲基橙，具有良好的光催化性能，在光催化领域具有较好的应用前景.

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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

国家自然科学基金项目(31071057)

*通讯作者，fengqiangsun@yahoo.com.cn

1000-5463(2012)01-0090-04

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