一种柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结及制备方法
技术领域
本发明属于光催化纳米材料领域，具体涉及一种柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结及制备方法。
背景技术
氧化锡为白色、淡黄色或淡灰色四方、六方或斜方晶系粉末。熔点1630℃，沸点1800℃。是一种优秀的透明导电材料。它是第一个投入商用的透明导电材料。SnO2是一种重要的半导体传感器材料，用它制备的气敏传感器灵敏度高，被广泛用于各种可燃气体、环境污染气体、工业废气以及有害气体的检测和预报。以SnO2为基体材料制备的湿敏传感器，在改善室内环境、精密仪器设备机房以及图书馆、美术馆、博物馆等均有应用。通过在SnO2中掺杂一定量的CoO、Co2O3、 Cr2O3、Nb2O5、Ta2O5等，可以制成阻值不同的压敏电阻，在电力系统、电子线路、家用电器等方面都有广泛的用途。
SnO2由于对可见光具有良好的通透性，在水溶液中具有优良的化学稳定性，且具有特定的导电性和反射红外线辐射的特性，因此在锂电池、太阳能电池、液晶显示、光电子装置、透明导电电极、防红外探测保护等领域也被广泛应用。而SnO2纳米材料由于具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在光、热、电、声、磁等物理特性以及其他宏观性质方面较传统SnO2而言都会发生显著的变化，所以可以通过运用纳米材料来改善传感器材料的性能。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题是提供一种柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结的制备方法，且制备出的产品形貌可控，工艺简单，成本低。
一种柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结的制备方法，包括以下步骤：
a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，真空烘干备用；
b.将一定量的四氯化锡和硫代乙酰胺溶于乙醇和醋酸溶液中，搅拌，形成溶液A；
c.将溶液A和碳纤维布装入反应釜中，放入恒温干燥箱中反应，让反应釜自然冷却至室温，乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；
d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中一定温度下退火数分钟，得到柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结。
进一步地，步骤a的浸泡超声时间为5-20分钟，干燥温度为30-80℃；
进一步地，步骤b所述的四氯化锡与硫代乙酰胺的质量比为 (0.0186～186.7):1。
进一步地，步骤b步骤b的所述乙醇与醋酸的体积比为(2～200):1。
进一步地，步骤b的所述四氯化锡与所述醋酸的质量与体积之比为 (0.007-0.7)g:1mL。
进一步地，步骤b的搅拌时间为10-60min。
进一步地，所述步骤c的反应的温度为100-200℃；反应的时间为8-20小时。
进一步地，所述步骤d的退火温度为200-450℃；退火温度为5-20min。
本发明还包括第二种技术方案，一种柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结，柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结由上述的制备方法制备而得，碳纤维@SnS2@SnO2异质结的直径为8-12微米，SnS2@SnO2异质呈片状结构包覆于碳纤维的外周， SnS2@SnO2片状结构的厚度为10nm-100nm。
本发明的有益效果：本发明的柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结的制备方法，无需贵重仪器设备，通过合理的工艺控制，实现碳纤维@@SnS2@SnO2异质结的制备。本发明的原料廉价易得，合成工艺简单，成本低，反应周期短，且对环境无污染。
本发明制备出的碳纤维@SnS2@SnO2异质结，活性碳纤维比表面积和孔容积大、孔径小、孔径均匀，活性碳纤维对含氧、氯、芳香环等的水溶性有机物有很好的吸附能力，可将污染物富集到催化剂表面，提高光催化剂的量子产率，能有效地吸附光催化反应过程中的副产物，使污染物连续降解，直至完全矿化为小分子无机物。SnS2@SnO2异质结大小均匀、尺寸可调、分散良好，该材料具有优良的光催化性能，通过制备出碳纤维@SnS2@SnO2异质结，可以进一步提高其光催化效率，提高单一催化剂的光催化反应效率，且使得光催化剂易回收，在光催化降解有机污染物方面具有广泛应用，还可应用于气敏、吸附等领域。
附图说明
图1是实施例1所制备碳纤维@SnS2@SnO2的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图2是实施例1所制备碳纤维@SnS2@SnO2的透射电子显微镜(TEM)照片。
具体实施方式
以下通过具体实施例用于进一步说明本发明描述的方法，但是并不意味着本发明局限于这些实施例。
实施例1：
一种柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结制备方法，其步骤包括：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中浸泡10分钟，并分别超声15分钟；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，在40℃的下真空烘干备用；b.将0.35g四氯化锡和 0.1875g硫代乙酰胺溶于33.5ml乙醇和1.5ml醋酸的混合溶液中，搅拌30min后，形成溶液A；c.将溶液A和碳纤维布一起装入反应釜，在恒温干燥箱中，160℃下反应12h，待反应釜自然冷却后，用乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中400℃氧化10分钟，得到柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结。
附图1和2分别为本实施例制成的碳纤维@SnS2@SnO2异质结的SEM图，从图中可以看出制备的碳纤维@SnS2@SnO2异质结尺寸比较均匀。碳纤维 @SnS2@SnO2异质结的直径为8-12微米，SnS2@SnO2异质呈片状结构包覆于碳纤维的外周，SnS2@SnO2片状结构的厚度为10nm-100nm。
实施例2：
该实施例与实施例1的区别在于步骤a中浸泡时间改变为20min，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中浸泡20 分钟，并分别超声15分钟；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，在40℃的下真空烘干备用；b.将0.35g四氯化锡和0.1875g硫代乙酰胺溶于33.5ml乙醇和1.5ml 醋酸的混合溶液中，搅拌30min后，形成溶液A；c.将溶液A和碳纤维布一起装入反应釜，在恒温干燥箱中，160℃下反应12h，待反应釜自然冷却后，用乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中400℃氧化10分钟，得到柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结。
实施例3：
该实施例与实施例1的区别在于步骤a中超声时间改变为30min，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中浸泡10 分钟，并分别超声30分钟；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，在40℃的下真空烘干备用；b.将0.35g四氯化锡和0.1875g硫代乙酰胺溶于33.5ml乙醇和1.5ml 醋酸的混合溶液中，搅拌30min后，形成溶液A；c.将溶液A和碳纤维布一起装入反应釜，在恒温干燥箱中，160℃下反应12h，待反应釜自然冷却后，用乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中400℃氧化10分钟，得到柔性碳纤维 @SnS2@SnO2异质结。
实施例4：
该实施例与实施例1的区别在于步骤a中干燥温度改变为60℃，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中浸泡10 分钟，并分别超声15分钟；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，在60℃的下真空烘干备用；b.将0.35g四氯化锡和0.1875g硫代乙酰胺溶于33.5ml乙醇和1.5ml 醋酸的混合溶液中，搅拌30min后，形成溶液A；c.将溶液A和碳纤维布一起装入反应釜，在恒温干燥箱中，160℃下反应12h，待反应釜自然冷却后，用乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中400℃氧化10分钟，得到柔性碳纤维 @SnS2@SnO2异质结。
实施例5：
该实施例与实施例1的区别在于步骤b中四氯化锡和硫代乙酰胺改变为 0.07g和0.0375g，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中浸泡10分钟，并分别超声15分钟；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，在40℃的下真空烘干备用；b.将0.07g四氯化锡和0.0375g硫代乙酰胺溶于33.5ml乙醇和1.5ml醋酸的混合溶液中，搅拌30min后，形成溶液A； c.将溶液A和碳纤维布一起装入反应釜，在恒温干燥箱中，160℃下反应12h，待反应釜自然冷却后，用乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中400℃氧化10分钟，得到柔性碳纤维@SnS2@SnO2异质结。
实施例6：
该实施例与实施例1的区别在于步骤b中乙醇和醋酸改变为67ml和3ml，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中浸泡10分钟，并分别超声15分钟；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，在 40℃的下真空烘干备用；b.将0.35g四氯化锡和0.1875g硫代乙酰胺溶于67ml乙醇和3ml醋酸的混合溶液中，搅拌30min后，形成溶液A；c.将溶液A和碳纤维布一起装入反应釜，在恒温干燥箱中，160℃下反应12h，待反应釜自然冷却后，用乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中400℃氧化10分钟，得到柔性碳纤维 @SnS2@SnO2异质结。
实施例7：
该实施例与实施例1的区别在于步骤b中搅拌时间改变为60min，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中浸泡10 分钟，并分别超声15分钟；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，在40℃的下真空烘干备用；b.将0.35g四氯化锡和0.1875g硫代乙酰胺溶于33.5ml乙醇和1.5ml 醋酸的混合溶液中，搅拌60min后，形成溶液A；c.将溶液A和碳纤维布一起装入反应釜，在恒温干燥箱中，160℃下反应12h，待反应釜自然冷却后，用乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中400℃氧化10分钟，得到柔性碳纤维 @SnS2@SnO2异质结。
实施例8：
该实施例与实施例1的区别在于步骤一到步骤c中反应时间改变为16h，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中浸泡10分钟，并分别超声15分钟；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，在40℃的下真空烘干备用；b.将0.35g四氯化锡和0.1875g硫代乙酰胺溶于33.5ml乙醇和1.5ml醋酸的混合溶液中，搅拌30min后，形成溶液A；c.将溶液A和碳纤维布一起装入反应釜，在恒温干燥箱中，160℃下反应16h，待反应釜自然冷却后，用乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中400℃氧化10分钟，得到柔性碳纤维 @SnS2@SnO2异质结。
实施例9：
该实施例与实施例1的区别在于步骤c中反应温度改变为120℃，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中浸泡10 分钟，并分别超声15分钟；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，在40℃的下真空烘干备用；b.将0.35g四氯化锡和0.1875g硫代乙酰胺溶于33.5ml乙醇和1.5ml 醋酸的混合溶液中，搅拌30min后，形成溶液A；c.将溶液A和碳纤维布一起装入反应釜，在恒温干燥箱中，120℃下反应12h，待反应釜自然冷却后，用乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中400℃氧化10分钟，得到柔性碳纤维 @SnS2@SnO2异质结。
实施例10：
该实施例与实施例1的区别在于步骤四中反应温度改变为420℃，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中浸泡10 分钟，并分别超声15分钟；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，在40℃的下真空烘干备用；b.将0.35g四氯化锡和0.1875g硫代乙酰胺溶于33.5ml乙醇和1.5ml 醋酸的混合溶液中，搅拌30min后，形成溶液A；c.将溶液A和碳纤维布一起装入反应釜，在恒温干燥箱中，160℃下反应12h，待反应釜自然冷却后，用乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中420℃氧化10分钟，得到柔性碳纤维 @SnS2@SnO2异质结。
实施例11：
该实施例与实施例1的区别在于步骤四中反应时间改变为5min，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中浸泡10 分钟，并分别超声15分钟；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，在40℃的下真空烘干备用；b.将0.35g四氯化锡和0.1875g硫代乙酰胺溶于33.5ml乙醇和1.5ml 醋酸的混合溶液中，搅拌30min后，形成溶液A；c.将溶液A和碳纤维布一起装入反应釜，在恒温干燥箱中，160℃下反应12h，待反应釜自然冷却后，用乙醇与去离子水分别洗涤多次，干燥，得到碳纤维@SnS2片状结构；d.将得到的碳纤维@SnS2片状结构置于马弗炉中400℃氧化5分钟，得到柔性碳纤维 @SnS2@SnO2异质结。
