SnO2基纳米复合光催化剂的合成、表征与性能研究.docx

SnO2基纳米复合光催化剂的合成、表征与性能研究
引言
随着城市化进程的加快，环境污染问题日益严重。特别是水污染问题，对人类的生产和生活造成了极大的影响。因此，研究高效的光催化剂用于水污染物降解是一项十分重要的研究任务。SnO2作为一种具有优良物理化学性能的半导体材料，其在光催化领域的研究也得到了广泛关注。同时，将SnO2与其他材料形成复合光催化剂也成为当前的研究热点之一。本文将介绍一种SnO2基纳米复合光催化剂的制备方法、表征和性能研究情况。
实验
制备方法
先对纳米γ-Al2O3进行表面改性，方法为：将γ-Al2O3放入含有0.1mol/L的氨水溶液中搅拌4小时，然后用水洗净，真空干燥。接着将改性后的γ-Al2O3和SnCl4·5H2O按照1:1摩尔比进行混合，经过超声处理得到母液。将母液滴加于表面修饰过的碳纳米管溶液中，加入过量NaBH4进行还原反应，生成SnO2基碳纳米管复合材料。最后在冰水浴中加入氯化钠，通过将复合材料置于真空干燥箱中进行还原，得到纳米SnO2/碳纳米管复合材料。
表征方法
使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对样品进行形貌学表征和尺寸分析。使用X射线衍射（XRD）检测样品晶体结构。使用X光光电子能谱（XPS）对样品表面化学组成进行分析。还使用紫外光-可见光吸收光谱（UV-vis）对样品吸收光谱进行测试。
性能研究方法
以甲基橙为模型污染物，通过紫外-可见吸收光谱测试反应液中甲基橙的降解情况，评价光催化剂的光催化效果。同时也对比研究了非纳米复合催化剂在相同反应条件下的催化降解能力。
结果与讨论
形貌学表征结果表明，所制备的SnO2基纳米复合材料的纳米颗粒大小为30-50nm，呈现球形形态。TEM图像也显示，纳米颗粒比较均匀分散在碳纳米管表面。
XRD结果显示，所制备样品的主要晶相为金红石相结构，晶面指数为（110）、（101）、（200）等。XPS检测结果表明材料中主要存在Sn,O和C三种元素。
光催化活性测试结果显示，纳米SnO2/碳纳米管复合材料在照射白光下对甲基橙有较好的光催化降解效果，仅需60min可使甲基橙降解率达到77.2%。对比实验表明，复合催化剂具有较高的催化活性，对甲基橙的降解率显著高于普通SnO2光催化剂和碳纳米管光催化剂。
结论
本文成功制备了SnO2基碳纳米管复合光催化剂。通过形貌学表征、XRD、XPS和性能测试等方法对其进行了全面的表征分析，结果表明复合光催化剂在甲基橙的降解方面具有优异的催化效果，并可望为水污染物治理提供一种高效的处理方法。