羟基锡酸锌及其复合材料的制备与性能研究

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羟基锡酸锌(ZnSn(OH)6)是典型的钙钛矿结构羟基化合物,具有优异的光催化、阻燃和抑烟等性能,是解决能源和环境问题的关键功能材料之一。本文分别采用水热体系和低温溶液体系制备了羟基锡酸锌及羟基锡酸锌/氧化锌微纳米多级复合结构,研究了工艺参数对羟基锡酸锌及其复合材料的影响,探讨了羟基锡酸锌及其复合材料的生长机理,实现了羟基锡酸锌及其复合材料的可控制备。主要结论如下:首先,以四氯化锡、氧化锌花状结构和氢氧化钠等为原料,在水热溶液体系中研究了工艺参数对羟基锡酸锌正八面体的影响,并探讨了其生长机理。1)研究发现Sn4+/OH值、锌锡摩尔比和反应时间对产物的形貌影响显著。当氢氧根浓度增加和锌锡摩尔比变化时,羟基锡酸锌刺状结构消失;反应时间决定羟基锡酸锌刺状结构的尺寸和分布范围。2)羟基锡酸锌正八面体的生长符合“溶解-重结晶”机理,氧化锌花状结构的溶解-重结晶过程决定产物的形貌。3)羟基锡酸锌正八面体对罗丹明B染料具有较好的光催化活性,100min内的降解率为86%。其次,以氯化亚锡、醋酸锌和氢氧化钠等为原料,在低温溶液体系中研究了工艺参数对羟基锡酸锌立方体的影响,并表征了其光催化性能。1)研究发现氢氧根浓度和反应温度对产物形貌有重要影响。随着氢氧根浓度的增加,羟基锡酸锌立方体的边缘和棱角变得比较粗糙;当温度超过60。C这一临界值时,羟基锡酸锌立方体发生部分溶解,且有大量次生羟基锡酸锌立方体出现。2)羟基锡酸锌立方体对罗丹明B染料具有较高的光催化活性,100min内的降解率为85.3%。第三,以四氯化锡、醋酸锌和氢氧化钠等为原料,在水热溶液体系中研究了工艺参数对羟基锡酸锌/氧化锌微纳米多级复合结构的影响,并探讨了其生长机理。1)该复合结构由羟基锡酸锌微立方体和氧化锌纳米棒组成,反应物浓度对产物的形貌影响显著。2)研究发现羟基锡酸锌和氧化锌的共形核过程能否顺利进行决定着产物的生长过程和最终形貌,且该复合结构在200℃以下具有很好的热稳定性。3)该复合结构对罗丹明B染料有很好的光催化活性,80min内的降解率达到了100%。最后,在低温溶液法制备羟基锡酸锌立方体的基础上,采用原位法制备了羟基锡酸锌/氧化锌微纳米多级复合结构,该复合结构由ZnSn(OH)6微立方体和纺锤状ZnO纳米结构组成。氧化锌的添加量和氢氧根浓度对产物的形貌影响显著。该复合结构对罗丹明B染料有很好的光催化性能,1OOmin内的降解率为92.5%,且与单一的羟基锡酸锌立方体结构相比,该多级复合结构对罗丹明B染料的光催化性能有很大的改善和提高。
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