一種納米氧化錫負載偏鈦酸氣敏傳感材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料化學【技術領域】，涉及一種納米二氧化錫負載偏鈦酸氣敏傳感材料的化學制備方法。包含步驟：（1）將強堿和二氧化鈦或含鈦的有機前軀體加入水熱反應釜中恒溫反應；（2）清洗產物并用酸化、洗滌和烘干得到偏鈦酸納米帶；（3）所得到偏鈦酸納米帶分散到水溶性亞錫鹽的水溶液中，滴加氧化劑溶液，反應產物經洗滌烘干得到納米SnO2負載偏鈦酸氣敏傳感材料。本發(fā)明原料廉價，可在常溫下將結晶良好的SnO2均勻修飾負載于偏鈦酸納米帶上，工藝簡單，材料的結構形貌控制穩(wěn)定，對乙醇氣體檢測限在1ppm以下。除氣敏傳感器領域外，所得產物可應用于太陽能電池、光催化劑等領域。
【專利說明】一種納米氧化錫負載偏鈦酸氣敏傳感材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料化學【技術領域】，涉及一種納米SnO2負載偏鈦酸氣敏傳感材料的化學制備方法。
【背景技術】
[0002]二氧化錫是一類多功能性寬禁帶半導體材料，具有優(yōu)良的電學、光學和催化特性，廣泛應用在傳感器、催化劑、透明電極等領域。多種實驗技術可用于制備二氧化錫納米材料，如熱蒸發(fā)法[CHEN Y, CUI X，ZHANG K, et al.Chem.Phys.Lett.，2003，369:16-20]、激光剝離法[HU J Q, BANDO Y, LIU Q L, et al.Adv.Funct.Mater.,2003，13: 493-496]、元素 Sn 的高溫氧化法[LING C，QIAN ff, WEI F.J.Crystal.Growth, 2005, 285: 49-53]、微波法[SUBRAMANIAN V, BURKE W ff, ZHU H ff, et al.J.Phys.Chem.C, 2008，112:4550-4556]、等離子體法[HUANGH, TAN O K, LEE Y C，et al.Nanotechnology, 2006, 17: 3668-3672]等。從制備工藝上來看，這些方法一般需要較高的溫度、或是對儀器有著較高的要求。液相法具有適用范圍廣、成本低、實驗操作簡單等優(yōu)點被廣泛的用來合成納米材料。水熱/溶劑熱法是液相法中較成熟的合成技術，可以方便的用于合成二氧化錫納米材料。目前，受反應釜容積以及安全因素制約水熱/溶劑熱法應用于大規(guī)模工業(yè)制備二氧化錫納米材料的成本仍然較高，本發(fā)明在常溫常壓下水溶液化學氧化法合成粒徑約5納米結晶良好的SnO2顆粒，工藝安全穩(wěn)定，產率高，利于工業(yè)化生產。
[0003]利用該工藝將SnO2顆粒均勻修飾負載于偏鈦酸納米帶基體上形成異質結結構，獲得對乙醇響應良好的納米SnO2負載偏鈦酸復合氣敏材料，乙醇氣體檢測限在I ppm以下。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種常溫下化學合成SnO2并應用于負載偏鈦酸制備氣敏傳感材料方法。
[0005]一種納米氧化錫負載偏鈦酸氣敏傳感材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)將強堿和納米二氧化鈦或含鈦的有機前軀體加入去離子水中，攪拌均勻再將混合液移入帶有聚四氟乙烯的水熱反應釜中，擰緊密封，放入150~180 °C恒溫烘箱中靜置反應6~12小時；
(2)反應產物用去離子水反復清洗直至pH值7~8;再用0.1~0.5 mol/L的鹽酸清洗3~5次；產物離心分離，沉淀物放入50~70°C的烘箱中烘干，得到偏鈦酸納米帶；
(3)得到的偏鈦酸納米帶超聲分散到水溶性亞錫鹽的水溶液中，向其中滴加過硫酸鹽水溶液或雙氧水，并持續(xù)攪拌8~12小時，用去離子水和乙醇交替洗滌，每次洗滌后采用離心機沉淀或抽濾設備進行過濾，經洗滌干燥得到二氧化錫負載的偏鈦酸。
[0006]步驟(1)所述的強堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或其組合，在最后混合溶液中的濃度為6~12 mol/L ;鈦的有機前軀為鈦酸正丁酯，或異丙醇鈦，在最后混合溶液中鈦元素的濃度為0.05~0.1 mol/L。
[0007]步驟(3)所述的水溶性亞錫鹽為氯化亞錫、硫酸亞錫中的一種或其組合，濃度為
0.01~0.05 mo I / L ;過硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉中的一種或其組合，加入的摩爾量是水溶性亞錫摩爾量的I~3倍。
[0008]步驟(3)所述的洗滌是用去離子水和乙醇交替洗滌，每次洗滌后采用離心機沉淀或抽濾設備進行過濾，過濾產物重新在去離子水或乙醇中分散，反復過濾直到濾液PH值為
7,最后一次用乙醇洗漆以方便干燥。
[0009]步驟(3)所述的干燥是放在50~70°C的烘箱中烘干。
[0010]本發(fā)明原料廉價，可在常溫下將結晶良好的SnO2均勻修飾負載于偏鈦酸納米帶上，工藝簡單，材料的結構形貌控制穩(wěn)定，對乙醇氣體檢測限在I ppm以下。除氣敏傳感器領域外，所得產物可應用于太陽能電池、光催化劑等領域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為采用本發(fā)明(實施例1)合成SnO2負載偏鈦酸的XRD圖譜，SnO2 (JCPDS41-1445)和偏鈦酸(JCPDS 47-0561)的標準圖譜作為比較。
[0012]圖2為采用本發(fā)明(實施例1)合成SnO2負載偏鈦酸的透射電鏡照片。
[0013]圖3為采用本發(fā)明(實施例1)合成SnO2負載偏鈦酸的在不同濃度(100 ppm、75ppm、50 ppm、20 ppm、10 ppm和I ppm)乙醇氣體中的響應曲線。
【具體實施方式】
[0014]實施例1、Sn02負載偏鈦酸氣敏傳感材料的合成:
首先將0.8 mo I氫氧化鈉和6 mmol納米二氧化鈦加入80 mL去離子水中，攪拌均勻再將混合液移入帶有聚四氟乙烯的水熱反應釜中，擰緊密封，放入180 1:恒溫烘箱中靜置反應10小時；然后反應產物用去離子水反復清洗直至pH值為8 ;再用0.2 mol/L的鹽酸清洗4次；烘干后得到偏鈦酸納米帶。將0.3 g得到的偏鈦酸納米帶超聲分散到IOOmL 0.04mol/L氯化亞錫溶液中，向其中滴加IOOmL 0.06 mol/L的過硫酸銨水溶液，并持續(xù)攪拌8~12小時，用去離子水和乙醇交替洗滌，每次洗滌后采用離心機沉淀或抽濾設備進行過濾，經洗滌干燥得到SnO2負載的偏鈦酸。
[0015]圖1顯示生成產物含有SnO2和偏鈦酸兩相。圖2 (a)顯示4~5納米左右的小顆粒修飾在偏鈦酸納米帶上形成異質結；圖2 (b)顯示修飾的Sn02顆粒尺寸約5納米,結晶良好。將得到的粉體分散涂于六腳陶瓷管氣敏測試元件上，采用WS-30A型氣敏元件測試系統(tǒng)測試不同濃度下對乙醇氣體的響應。圖3顯示在I ppm乙醇氣氛下有明顯的響應，Ippm乙醇氣體靈敏度達到為4.8。
[0016]實施例2:
重復實施例1，采用硫酸亞錫代替氯化亞錫，得到SnO2負載的TiO2納米帶。該材料制備敏感元件在I PPm乙醇氣體中靈敏度為2.2。
[0017]實施例3:
重復實施例1，采用10%雙氧水代替過硫酸銨水溶液，得到SnO2負載的TiO2納米帶。該材料制備敏感元件在I PPm乙醇氣體中靈敏度為2.7。[0018]上述的對實施例的描述是為便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其它實施例中而 不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種納米氧化錫負載偏鈦酸氣敏傳感材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將強堿和納米二氧化鈦或含鈦的有機前軀體加入去離子水中，攪拌均勻再將混合液移入帶有聚四氟乙烯的水熱反應釜中，擰緊密封，放入150~180 °C恒溫烘箱中靜置反應6~12小時； (2)反應產物用去離子水反復清洗直至pH值7~8;再用0.1~0.5 mol/L的鹽酸清洗3~5次；產物離心分離，沉淀物放入50~70°C的烘箱中烘干，得到偏鈦酸納米帶； (3)得到的偏鈦酸納米帶超聲分散到水溶性亞錫鹽的水溶液中，向其中滴加過硫酸鹽水溶液或雙氧水，并持續(xù)攪拌8~12小時，用去離子水和乙醇交替洗滌，每次洗滌后采用離心機沉淀或抽濾設備進行過濾，經洗滌干燥得到二氧化錫負載的偏鈦酸。
2.根據權利要求1所述一種納米氧化錫負載偏鈦酸氣敏傳感材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的強堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或其組合，在最后混合溶液中的濃度為6~12 mol/L ;鈦的有機前軀為鈦酸正丁酯，或異丙醇鈦，在最后混合溶液中鈦元素的濃度為0.05~0.1 mol/L。
3.根據權利要求1所述一種納米氧化錫負載偏鈦酸氣敏傳感材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的水溶性亞錫鹽為氯化亞錫、硫酸亞錫中的一種或其組合，濃度為0.01~0.05 mo I / L ;過硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉中的一種或其組合，加入的摩爾量是水溶性亞錫摩爾量的I~3倍。
4.根據權利要求1所述一種納米氧化錫負載偏鈦酸氣敏傳感材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的洗滌是用去離子水和乙醇交替洗滌，每次洗滌后采用離心機沉淀或抽濾設備進行過濾，過濾產物重新在去離子 水或乙醇中分散，反復過濾直到濾液PH值為7，最后一次用乙醇洗滌以方便干燥。
5.根據權利要求1所述一種納米氧化錫負載偏鈦酸氣敏傳感材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的干燥是放在50~70°C的烘箱中烘干。
【文檔編號】C01G19/02GK103508485SQ201310437659
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權日:2013年9月24日
【發(fā)明者】汪元元, 葛美英, 張柯, 姜來新, 尹桂林, 何丹農 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司