專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氧化亞錫納米片材的水熱合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化亞錫納米片材的水熱合成方法。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)和環(huán)境破壞的加劇，新能源和再生清潔能源技術(shù)引起了全球研究界、企業(yè)界極大的關(guān)注，其中包括以鋰離子二次電池為代表的充電電池技術(shù)。鋰離子電池作為新一代的充電電池，近10年來(lái)發(fā)展迅速，已在筆記本電腦、手機(jī)等移動(dòng)電子終端設(shè)備領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，市場(chǎng)前景廣闊。
鋰離子電池一般由正極、負(fù)極、隔膜和電解液等基本元素組成，負(fù)極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前采用的負(fù)極材料可分為包括碳素材料、錫基負(fù)極材料、合金負(fù)極材料、過(guò)渡金屬氮化物、鈦氧化物負(fù)極材料等幾大類(lèi)。目前用得最多負(fù)極材料的仍然是石墨材料，但石墨的理論比電容量為372mAh/g。技術(shù)的發(fā)展對(duì)電池的電容量提出了越來(lái)越高的要求，探索、研究新型高容量鋰離子電極材料一直是過(guò)去十多年的一大熱點(diǎn)研究課題。氧化亞錫由于極高的比電容量(理論比電容量為876mAh/g)受到了極大的關(guān)注。但氧化亞錫的循環(huán)特性較差，使其應(yīng)用受到限制。研究表明，隨著氧化亞錫尺寸變小，特別是當(dāng)其尺寸降至納米級(jí)時(shí)，它的各項(xiàng)鋰離子電池性能明顯提高。同時(shí)，氧化亞錫納米材料在太陽(yáng)能儲(chǔ)能和催化劑等領(lǐng)域也有重要的應(yīng)用。不幸的是，由于氧化亞錫本身是一種亞穩(wěn)態(tài)的物質(zhì)，自然界不存在。因此，氧化亞錫納米材料的制備具有重要的意義。
目前，熱蒸發(fā)法是制備氧化亞錫納米材料最主要的方法(Z.R.Dai et al.J.Am.Chem.Soc.，124，8673(2002))。與熱蒸發(fā)法相比，濕化學(xué)法具有簡(jiǎn)單、成本低和適合大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。但由于氧化亞錫的亞穩(wěn)特性，使?jié)窕瘜W(xué)法合成氧化亞錫有一定的困難。Aurbach等人(D.Aurbach et al.Chem.Mater.，14，4155(2002))和Wu等人(D.S.Wu et al.Mater.Lett.，53，155(2002))分別采用超聲和微波合成了氧化亞錫納米顆粒。作為一類(lèi)重要的濕化學(xué)法，水熱合成法具有設(shè)備與操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)物結(jié)晶好、環(huán)境污染小和適合大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)，但到目前為止，由于傳統(tǒng)的水熱法產(chǎn)用氫氧化鈉或氨水為礦化劑，亞穩(wěn)態(tài)的氧化亞錫容易在水熱過(guò)程中被氧化，從而得不到氧化亞錫納米材料。因此，水熱合成亞穩(wěn)態(tài)的氧化亞錫納米材料的報(bào)道依然較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氧化亞錫納米材料的水熱合成方法，是利用水合肼為礦化劑的水熱工藝來(lái)制備亞穩(wěn)的氧化亞錫納米材料，由于水合肼的堿性和還原性，克服了在水熱過(guò)程中氧化亞錫產(chǎn)物易被氧化成二氧化錫的缺點(diǎn)，使氧化亞錫產(chǎn)物在表面活性劑和絡(luò)合劑的輔助下，成功生長(zhǎng)成納米薄片結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該方法的步驟如下1)將氯化亞錫溶于檸檬酸或聚乙二醇溶液中，控制氯化亞錫的摩爾濃度為0.04～0.1摩爾/升，攪拌；2)再在上述溶液中加入摩爾數(shù)為氯化亞錫4～10倍的水合肼，繼續(xù)攪拌；3)將最終配好的溶液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在120～150℃溫度范圍內(nèi)處理10～24小時(shí)；4)將處理好的溶液離心、干燥，就獲得了氧化亞錫納米片材。
采用具有還原性的水合肼為堿性礦化劑，在表面活性劑聚乙二醇或絡(luò)合劑檸檬酸的輔助下，實(shí)現(xiàn)了亞穩(wěn)的氧化亞錫納米薄片的水熱合成，納米薄片的厚度約為15～30納米。
本發(fā)明具有的有益效果是傳統(tǒng)的水熱合成工藝以氫氧化鈉或氨水做為堿性礦化劑，在水熱反應(yīng)過(guò)程中，象氧化亞錫等亞穩(wěn)態(tài)的氧化物容易被氧化成對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氧化物，因此，傳統(tǒng)水熱法合成氧化亞錫等亞穩(wěn)態(tài)的氧化物比較困難。為此，本發(fā)明提出了以水合肼為礦化劑的氧化亞錫水熱合成工藝，由于水合肼具有堿性和還原性的雙重特點(diǎn)，抑制氧化亞錫了在水熱過(guò)程中的氧化行為，在表面活性劑和絡(luò)合劑的輔助下，成功生長(zhǎng)成高純度氧化亞錫納米薄片結(jié)構(gòu)。


圖1是實(shí)施例1所得SnO納米薄片的XRD圖譜；圖2是實(shí)施例1所得SnO納米薄片的掃描電鏡照片；圖3是實(shí)施例2所得SnO納米薄片的XRD圖譜；圖4是實(shí)施例2所得SnO納米薄片的掃描電鏡照片；圖5是實(shí)施例3所得SnO納米薄片的XRD圖譜；圖6是實(shí)施例3所得SnO納米薄片的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將0.90克氯化亞錫(SnCl2·2H2O)溶于100毫升質(zhì)量濃度為5％的聚乙二醇溶液中，氯化亞錫摩爾濃度0.04摩爾/升，攪拌5分鐘后，再加入2.35克濃度為85％的水合肼(N2H4·H2O)，水合肼摩爾濃度為0.4摩爾/升，攪拌5分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯里，內(nèi)襯容積為120毫升。該溶液在120℃下處理10小時(shí)，把處理好的溶液離心和干燥，獲得厚度約為15納米的氧化亞錫納米薄片結(jié)構(gòu)，薄片的寬度約為100～300納米。圖1是該SnO納米薄片的XRD圖譜，跟SnO的標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS no.06-0395)完全吻合，圖中沒(méi)有如氧化錫等雜質(zhì)的峰，說(shuō)明產(chǎn)物是純的氧化亞錫。圖2是該SnO納米薄片的掃描電鏡照片，從圖2中可以清楚地看出所得的產(chǎn)物是納米薄片結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2將0.90克氯化亞錫(SnCl2·2H2O)溶于100毫升摩爾濃度為0.01摩爾/升的檸檬酸溶液中，氯化亞錫摩爾濃度0.04摩爾/升。攪拌5分鐘后，再加入0.94克濃度為85％的水合肼(N2H4·H2O)，水合肼摩爾濃度為0.16摩爾/升，攪拌5分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯里，內(nèi)襯容積為120毫升。該溶液在120℃下處理18小時(shí)，把處理好的溶液離心和干燥，獲得厚度約為30納米的氧化亞錫納米薄片結(jié)構(gòu)，薄片的寬度比實(shí)施例1所得的產(chǎn)物小。圖3是該SnO納米薄片的XRD圖譜，跟SnO的標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS no.06-0395)完全吻合，圖中沒(méi)有如氧化錫等雜質(zhì)的峰，說(shuō)明產(chǎn)物是純的氧化亞錫。圖4是該SnO納米薄片的掃描電鏡照片，從圖4中可以清楚地看出所得的產(chǎn)物是納米薄片結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例3將2.26克氯化亞錫(SnCl2·2H2O)溶于100毫升摩爾濃度為0.025摩爾/升的檸檬酸溶液中，氯化亞錫摩爾濃度0.10摩爾/升，攪拌5分鐘后，再加入4.7克濃度為85％的水合肼(N2H4·H2O)，水合肼摩爾濃度為0.80摩爾/升，攪拌5分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯里，內(nèi)襯容積為120毫升。該溶液在150℃下處理24小時(shí)，把處理好的溶液離心和干燥，獲得厚度約為30納米的氧化亞錫納米薄片結(jié)構(gòu)。圖5是該SnO納米薄片的XRD圖譜，跟SnO的標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS no.06-0395)完全吻合，圖中沒(méi)有如氧化錫等雜質(zhì)的峰，說(shuō)明產(chǎn)物是純的氧化亞錫。圖6是該SnO納米薄片的掃描電鏡照片，從圖6中可以清楚地看出所得的產(chǎn)物是納米薄片結(jié)構(gòu)，而且納米薄片已經(jīng)自組裝成花形的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種氧化亞錫納米片材的水熱合成方法，其特征在于該方法的步驟如下1)將氯化亞錫溶于檸檬酸或聚乙二醇溶液中，控制氯化亞錫的摩爾濃度為0.04～0.1摩爾/升，攪拌；2)再在上述溶液中加入摩爾數(shù)為氯化亞錫4～10倍的水合肼，繼續(xù)攪拌；3)將最終配好的溶液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在120～150℃溫度范圍內(nèi)處理10～24小時(shí)；4)將處理好的溶液離心、干燥，就獲得了氧化亞錫納米片材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化亞錫納米片材的水熱合成方法，其特征在于采用具有還原性的水合肼為堿性礦化劑，在表面活性劑聚乙二醇或絡(luò)合劑檸檬酸的輔助下，實(shí)現(xiàn)了亞穩(wěn)的氧化亞錫納米薄片的水熱合成，納米薄片的厚度約為15～30納米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化亞錫納米材料的水熱合成方法。將氯化亞錫溶于檸檬酸或聚乙二醇溶液中，控制氯化亞錫的摩爾濃度，攪拌；再加入物質(zhì)量為氯化亞錫4～10倍的水合肼，繼續(xù)攪拌；將最終配好的溶液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在120～150℃溫度范圍內(nèi)處理10～24小時(shí)；將處理好的溶液離心、干燥，就獲得了氧化亞錫納米片材。本發(fā)明提出的水熱工藝?yán)盟想戮哂羞€原性和堿性的特點(diǎn)，可代替氫氧化鈉或氨水作為氧化物水熱合成工藝的堿性礦化劑，同時(shí)，水合肼的還原性保證了生成的亞穩(wěn)氧化亞錫產(chǎn)物不被氧化，最終簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了氧化亞錫納米片材的水熱合成。
文檔編號(hào)C01G19/02GK1915831SQ200610053299
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月7日
發(fā)明者祝洪良, 朱魯明, 姚奎鴻, 席珍強(qiáng) 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)