一种新的斜方晶系Sn3O4多晶型物的合成与分析

锡的氧化物(SnxOy)因其用途广泛而存在于许多现代技术中。锡的多价氧化态Sn2+和Sn4+赋予氧化锡导电性、光催化性和各种功能特性。对于氧化锡的光催化应用，可见光吸收的窄带隙对于利用广泛的太阳能是必不可少的。因此，新SnxOy的发现可能有助于提高许多对环境具有重要意义的光催化反应(如水分解和CO2还原)的效率。虽然有许多关于新稳定Snx的理论和计算预测哦，仍然需要进行可以将预测变为现实的实验研究。

东京工业大学、国防科学院和三菱综合材料公司的研究人员以此为行动号召，设计了一种新型氧化锡。在他们最近发表在AngewandteChemieInternationalEdition上的突破中，Y.Liu及其同事提出了一种新的优化水热合成方法，该方法导致合成了具有以前未报道的正交晶体结构的Sn3O4多晶型物。该研究是在东京工业大学开放创新平台的支持下，在三菱材料可持续性创新协作研究集群中进行的。

项目负责人Miyauchi教授解释了这项研究背后的驱动力，“我们研究的目的有两个。首先是合成一种新的氧化锡多晶型物，其次是将其应用于可见光敏感光催化剂。“

该团队使用相同的起始材料设置了多个热水热反应器来制备Sn3O4。在第一个系列中，他们通过填充20%、40%、60%和80%的100毫升特氟龙衬里来改变前体溶液的填充程度。对于第二个系列，他们将填充度保持在20%，Teflon衬里分别填充环境空气、纯氧和纯氮气。

该团队随后对形成的产品进行了Rietveld分析、X射线光谱和第一性原理计算。分析表明，新的Sn3O4多晶型物的化学式为Sn(II)2Sn(IV)O4。它的X射线衍射图从未被报道过，并且根据经验和计算分析被指定为正交晶相。调整气体成分和填充度的比较研究表明，只有当填充度高或引入的气体惰性且含氧量低时，才会形成正交多晶型物。因此，该团队建议关注氧源可能是更精确的水热合成的关键。

本研究中报道的新型正交晶Sn3O4多晶型物具有比传统单斜晶Sn3O4更小的带隙，表明吸收可见光的效率更高。此外，正交多晶型物的导带足够高以驱动CO2还原反应。

水热法是一种应用广泛的材料合成方法。这项研究发现，水热合成中经常被忽视的参数会极大地影响晶体结构。这一发现为许多新氧化物材料的发现提供了信息。