專利名稱：一種氧化錫納米材料及其制備方法
一種氧化錫納米材料及其制備方法所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及氧化錫納米材料及其制備，具體涉及氧化錫納米材料及其制備方法。 該氧化錫納米材料具有高氣敏性能，是一種良好的氣敏材料。
背景技術(shù)：
普通氧化錫材料常用于顏料、玻璃、印染和陶瓷工業(yè)中，以及其它含錫化合物的制 備。在有機(jī)合成中氧化錫還可以作為氧化芳香化合物的催化劑，此外，氧化錫材料還是最早 商業(yè)化的氣敏元件材料。氧化錫的納米材料在近些年來得到了長足發(fā)展，主要應(yīng)用領(lǐng)域涉 及傳感器、半導(dǎo)體電極以及太陽能電池等的制備等等。到目前為止，關(guān)于零維和二維納米氧 化錫材料的報道較多。一維氧化錫納米材料由于結(jié)構(gòu)的特性逐漸成為近些年來科學(xué)家和工 程師們關(guān)注的熱點(diǎn)。一維納米結(jié)構(gòu)指的是材料在空間三維取向上有一維長于納米尺度，一維納米材料 的形貌比較多樣，據(jù)文獻(xiàn)[l]Progress in Materials Science Volume 52, Issue 5, July 2007，Pages 699-913中所述如納米線，納米管，納米帶，納米樹杈等均屬于一維納米形貌。 一維氧化錫納米材料有較強(qiáng)的表面效應(yīng)和量子效應(yīng)，在高溫下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不宜團(tuán)聚，且對氣 體的響應(yīng)溫度較低，靈敏度較高。通過不同的制備方法和制備參數(shù)可控制其晶體尺寸和形 貌，結(jié)構(gòu)形貌的差異會引起氣敏性質(zhì)的不同。目前文獻(xiàn)中報道的一維氧化物合成以物理法居多，如高溫蒸發(fā)、激光燒蝕法、分子 束外延附生法、化學(xué)氣相沉淀法和電化學(xué)模板法等，這些制備方法設(shè)備復(fù)雜，條件苛刻，有 時需要昂貴氣體保護(hù)，成本高，無法滿足當(dāng)前納米器件發(fā)展的需求。濕化學(xué)方法，如溶膠水 熱法、溶劑熱法、逆微乳液法等由于其對設(shè)備要求不高，成本較低易于應(yīng)用于工業(yè)制備氣敏 材料。文獻(xiàn)[2]Size—controllable one-dimensinal SnO2 nanocrystals :synthesis, growth mechanism, and gas sensing property, Phys. Chem. Chem.Phys. ,2006,8, 4874-4880中通過微乳液法在240°C下反應(yīng)15小時得到了直徑在6 22nm的一維納米氧 化錫。該氧化錫有較好的結(jié)晶度和良好的形貌。但是該制備法產(chǎn)量小，利用微乳液法制得 的產(chǎn)品反應(yīng)液中包含了多種溶劑，不易洗滌回收，提高了工業(yè)化的成本。文獻(xiàn)[3]Gas sensing characteristics of polycrystalline SnO2 nanowires prepared by polyolmethod，Sensors and Actuators B 136 (2009) 151-157 中通過高分子 聚合物做模板在195°C下得到了直徑在200 SOOnm的一維納米氧化錫。該氧化錫的形貌 多樣，但結(jié)晶度較低，以該氧化錫制備的氣敏材料的氣敏性能也有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氧化錫納米材料及其制備方法，該材料具有高氣敏性 能，是一種好的氣敏材料。本發(fā)明的操作步驟如下
A.用去離子水配制0. 05 0. 5mol/L的氯化錫溶液；B.將氫氧化鈉或氫氧化鉀溶于去離子水中配制0. 5 6mol/L的堿溶液；C.在攪拌下，將步驟B配制的堿溶液緩慢滴加到步驟A配制的氯化錫溶液中，直至 溶液中錫離子與氫氧根離子的摩爾比為1 7 15，然后按混合溶液體積稱量等體積的無 水乙醇與反應(yīng)液混合，并磁力攪拌分散4-10分鐘，轉(zhuǎn)移至水熱釜中，升溫至200 240°C溫 度，恒溫反應(yīng)20 40小時，自然冷卻到室溫，將產(chǎn)物過濾，用去離子水洗滌3 5次，再用 無水乙醇洗滌3 5次后自然晾干，得到氧化錫納米材料，也可稱謂一維氧化錫納米材料。該氧化錫納米材料直徑為50 300nm，長度為1 8 μ m，形貌為結(jié)晶度良好的納 米枝杈或者納米棒狀，其宏觀結(jié)構(gòu)為一維材料。對得到的產(chǎn)物進(jìn)行如下標(biāo)征X射線衍射分析儀表征結(jié)果見圖1，由圖1可見2 θ特征峰為26. 7°，34. 0 °， 38. 0° ,39. 1° ,51. 8° ,54. 8° ,58. 0° ,61. 9° ,64. 9° ,66. 0° ,71. 4° 和 78. 7° 與四方 金紅石結(jié)構(gòu)氧化錫(JCPDScard No. 77-0450)的(110)、(101)、(200)、(111)、(211)、(220)、 (002)、(310)、(112)、(301)、(202)和(321)面的衍射峰相對應(yīng)，峰強(qiáng)很高，說明產(chǎn)物為良好 結(jié)晶的氧化錫，無其它雜峰，說明產(chǎn)品純凈無雜質(zhì)。掃描電鏡照片見圖2、4、5、6，由圖可以看出樣品為直徑約200nm，長度為2 4μπι 的枝杈狀納米氧化錫晶體。氣敏性能測試將納米氧化錫焙燒后壓片，兩邊接上電極，串聯(lián)一個電阻器，在恒 定的電壓下，置于加熱管中測量130 270°C下空氣中的電阻值。在同樣環(huán)境下分別通入 40ppm(即質(zhì)量濃度0. 04%。)的一氧化碳?xì)怏w，記錄其在測試氣體下的電阻值，以測試氣體 與空氣中的電阻值之比為靈敏度。氣敏測試結(jié)果見圖3，從圖3的測試結(jié)果可以看出該氧化 錫納米材料具有良好的氣體敏感度。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用的合成方法步驟簡單易行，產(chǎn)物易于分離，產(chǎn)品產(chǎn)量高，易于工業(yè)化， 合成的一維氧化錫納米材料結(jié)晶度高。氣敏性能測試結(jié)果表明這種方法合成的材料氣敏性 能大大高出其它合成方法制備的材料。


圖1為實(shí)施例1制備的一維氧化錫納米材料的XRD譜2為實(shí)施例1制備的一維氧化錫納米材料的掃描電鏡照片圖3為實(shí)施例1制備的一維氧化錫納米材料的氣敏性能圖4為實(shí)施例2制備的一維氧化錫納米材料的掃描電鏡照片圖5為實(shí)施例3制備的一維氧化錫納米材料的掃描電鏡照片圖6為實(shí)施例4制備的一維氧化錫納米材料的掃描電鏡照片
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí) 例。實(shí)施例1
4
A.用去離子水配制0. 05mol/L的氯化錫溶液；B.將氫氧化鈉溶于去離子水中配制4mol/L的堿溶液；C.在攪拌下，將步驟B配制的堿溶液緩慢滴加到步驟A配制的氯化錫溶液中，直至 溶液中錫離子與氫氧根離子的摩爾比為1 8，然后按混合溶液體積稱量等體積的無水乙 醇與反應(yīng)液混合，并采用磁力攪拌分散5分鐘；將分散好的反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，升溫至 240°C溫度，恒溫反應(yīng)30小時，自然冷卻到室溫，將產(chǎn)物過濾，以去離子水洗滌5次，再用無 水乙醇洗滌5次后自然晾干，得到結(jié)晶度良好的一維氧化錫納米材料。其X射線衍射分析結(jié)果見圖1，掃描電子顯微鏡分析結(jié)果見圖2，測得該氧化錫晶 體的直徑約為200nm，長度為2 4 μ m，形貌為枝杈狀一維納米結(jié)構(gòu)。表征說明產(chǎn)物具有良 好的結(jié)晶度，為純凈的一維納米氧化錫晶體。氣敏測試結(jié)果見圖3，說明該氧化錫納米材料 具有優(yōu)秀的氣敏性。實(shí)施例2A.用去離子水配制0. 15mol/L的氯化錫溶液；B.將氫氧化鈉溶于去離子水中配制6mol/L的堿溶液；C.在攪拌下，將步驟B配制的堿溶液緩慢滴加到步驟A配制的氯化錫溶液中，直至 溶液中錫離子與氫氧根離子的摩爾比為1 10，然后按混合溶液體積稱量等體積的無水乙 醇與反應(yīng)液混合，并采用磁力攪拌分散5分鐘；將分散好的反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，升溫至 200°C溫度，恒溫反應(yīng)40小時，自然冷卻到室溫，將產(chǎn)物過濾，以去離子水洗滌5次，再用無 水乙醇洗滌5次后自然晾干，得到結(jié)晶度良好的一維氧化錫納米材料。掃描電子顯微鏡分析結(jié)果見圖4，測得產(chǎn)品其直徑約為lOOnm，長度約為2μπι，為 形貌良好的納米氧化錫。實(shí)施例3Α.用去離子水配制0. 3mol/L的氯化錫溶液；B.將氫氧化鉀溶于去離子水中配制4mol/L的堿溶液；C.在攪拌下，將步驟B配制的堿溶液緩慢滴加到步驟A配制的氯化錫溶液中，直至 溶液中錫離子與氫氧根離子的摩爾比為1 10，然后按混合溶液體積稱量等體積的無水乙 醇與反應(yīng)液混合，并采用磁力攪拌分散5分鐘；將分散好的反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，升溫至 220°C溫度，恒溫反應(yīng)24小時，自然冷卻到室溫，將產(chǎn)物過濾，以去離子水洗滌3 5次，再 用無水乙醇洗滌5次后自然晾干，得到結(jié)晶度良好的一維氧化錫納米材料。掃描電子顯微鏡分析結(jié)果見圖5，測得產(chǎn)品其直徑約為150nm，長度為2μπι，為形 貌良好的納米氧化錫。實(shí)施例4Α.用去離子水配制0. 5mol/L的氯化錫溶液；B.將氫氧化鈉或氫氧化鉀溶于去離子水中配制6mol/L的堿溶液；C.在攪拌下，將步驟B配制的堿溶液緩慢滴加到步驟A配制的氯化錫溶液中，直 至溶液中錫離子與氫氧根離子的摩爾比為1 12，然后按混合溶液體積稱量等體積的無水 乙醇與反應(yīng)液混合，并采用磁力攪拌分散5分鐘；分散好的反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，升溫至 200°C溫度，恒溫反應(yīng)40小時，自然冷卻到室溫，將產(chǎn)物過濾，以去離子水洗滌3 5次，再 用無水乙醇洗滌3 5次后自然晾干，得到結(jié)晶度良好的一維氧化錫納米材料。
掃描電子顯微鏡分析結(jié)果見圖6，測得產(chǎn)品其直徑約為80nm，長度為1 3 μ m，為 納米氧化錫。
權(quán)利要求
一種氧化錫納米材料的制備方法，具體步驟如下A.用去離子水配制0.05～0.5mol/L的氯化錫溶液；B.將氫氧化鈉或氫氧化鉀溶于去離子水中配制0.5～6mol/L的堿溶液；C.在攪拌下，將步驟B配制的堿溶液緩慢滴加到步驟A配制的氯化錫溶液中，直至溶液中錫離子與氫氧根離子的摩爾比為1∶7～15，然后按混合溶液體積稱量等體積的無水乙醇與反應(yīng)液混合，并磁力攪拌分散4 10分鐘，轉(zhuǎn)移至水熱釜中，升溫至200～240℃溫度，恒溫反應(yīng)20～40小時，自然冷卻到室溫，將產(chǎn)物過濾，用去離子水洗滌3～5次，再用無水乙醇洗滌3～5次后自然晾干，得到氧化錫納米材料。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法制備的一維氧化錫納米材料，其特征是該氧化 錫納米材料直徑為50 300nm，長度為1 8 μ m，形貌為結(jié)晶度良好的納米枝杈或者納米 棒狀。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氧化錫納米材料及其制備方法。本發(fā)明以氯化錫與堿為原料，在乙醇溶液中進(jìn)行了溶劑熱反應(yīng)，成功的制備出結(jié)晶度高、形貌良好的一維納米氧化錫料。該一維納米氧化錫直徑為50～300nm，長度為1～8μm。本發(fā)明所采用的方法與現(xiàn)有的一維納米氧化錫制備方法相比，具有產(chǎn)品形貌良好，晶體結(jié)晶度高，工業(yè)化成本低，操作簡單，產(chǎn)品產(chǎn)量大的優(yōu)點(diǎn)。制備的納米氧化錫材料一氧化碳?xì)怏w具有良好的氣體敏感度，是一種良好的氣敏材料。
文檔編號C01G19/02GK101941734SQ201010299630
公開日2011年1月12日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者劉欣, 李殿卿, 白守禮, 陳靄璠 申請人:北京化工大學(xué)