聚苯胺纳米线/SnO2复合光催化材料的光化学制备与性能

doi:10.7503/cjcu20200573

摘要/Abstract

摘要：

将具有确定形态的聚苯胺(PANI)纳米线作为复合单元, 直接分散在SnSO₄和H₂SO₄的混合溶液中, 通过紫外光照射获得PANI纳米线/SnO₂纳米颗粒复合材料. 对复合材料的形态和成分进行了分析, 发现二者相互交织在一起且部分颗粒直接生长在纳米线上. 以罗丹明B溶液为目标降解污染物研究了复合材料在低功率紫外灯下的光催化活性. 结果表明, PANI纳米线可以明显增强SnO₂的光催化活性, 且增强效果与光照复合时间呈规律性变化, 在最优复合时间下复合材料的光催化活性是纯SnO₂的近3倍. 通过对能级结构与光催化反应过程的测试分析, 认为Z型异质结的形成促进了光生电子-空穴的分离, 进而增强了材料的光催化活性.

关键词: 二氧化锡, 聚苯胺, 复合材料, 光化学合成, 光催化

Abstract:

A study on SnO₂/polymer composite photocatalytic materials was carried out. The polyaniline（PANI） nanowires with determined morphology were employed as composite units to control the formation and recombination of SnO₂ by a room temperature photochemical method to achieve PANI enhanced photocatalytic activity. PANI nanowires were directly dispersed in a mixed solution of SnSO₄ and H₂SO₄ to obtain PANI nanowire/SnO₂ nanoparticle composites by UV irradiation. The morphology and composition of the composites were analyzed， and it was found that the two components were interwoven and some particles grew directly on the nanowires. The photocatalytic activity of the composite under low power UV lamp was studied with rhodamine B solution as the target degradation pollutant. The results showed that PANI nanowires could obviously enhance the photocatalytic activity of the SnO₂， and the enhancement effect changed regularly with the growth time of SnO₂. The photocatalytic activity of the composite obtained in the optimal recombination time was nearly 3 times that of the pure SnO₂. By measuring and analyzing on the energy level structure and the photocataly-tic reaction process， it is considered that the formation of z-scheme heterojunction promotes the separation of photogenerated electrons-holes， and then enhances the photocatalytic activity of the material. The subsequent photochemical recombination SnO₂ with polymer nanomaterials with regular morphology as components is a new recombination mode. It has the characteristics of green， easy to operate and cheap， easy to regulate SnO₂ photocatalytic activity， and can promote SnO₂ application in the field of photocatalysis.

Key words: Tin dioxide, Polyaniline, Composite, Photochemical preparation, Photocatalysis

中图分类号:

O644

TrendMD:

杨思娴, 钟文钰, 李超贤, 苏秋瑶, 许炳佳, 何谷平, 孙丰强. 聚苯胺纳米线/SnO₂复合光催化材料的光化学制备与性能. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1942.

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图/表 6

Fig.1 SEM images of PANI(A), SnO2(B) and SnO2/PANI composite(C) and the corresponding XRD patterns(D), TEM(E) and HRTEM images(F) of SnO2/PANI compositeInset of (E) is SAED image.

Fig.2 FTIR spectra(A) of PANI nanowires(a), PANI/SnO2 composite(b) and SnO2 nanoparticles(c), XPS survey spectrum of PANI/SnO2(B), N1s XPS spectrum of composite(C) and Sn3d XPS spectra of composite and pure SnO2(D)

Fig.3 UV?Vis DRS(A) and VB XPS spectra(B) of SnO2(a) and PANI(b)

Fig.4 Photocatalytic degradation of RhB by composite, pure PANI and SnO2(A) Degradation ratio of RhB; (B) first-order kinetic simulation of degradation reactions; (C) comparison of apparent reaction rate constants of photodegradation reactions caused by different samples.

Fig.5 Degradation of RhB after the addition of capture agent in photocatalytic reaction(A) and photoluminescence spectra of SP24, SnO2 and PANI(B)

Fig.6 Schematic diagram of photocatalytic degradation reaction mechanism of RhB caused by PANI/SnO2 composites

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聚苯胺纳米线/SnO₂复合光催化材料的光化学制备与性能

Photochemical Fabrication and Performance of Polyaniline Nanowire/SnO₂ Composite Photocatalyst

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