一種單分散二氧化錫納米晶顆粒的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種單分散二氧化錫納米晶顆粒的制備方法，將去離子水和乙醇或丙醇混合均勻作為溶劑，然后分別將SnCl4·5H2O和苯并咪唑溶于溶劑中得到混合溶液；再將混合溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中反應(yīng)得到白色樣品；然后將白色樣品依次用去離子水和乙醇清洗、烘干，得到單分散二氧化錫納米晶顆粒；其制備工藝簡單，操作簡便，原理可靠，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品產(chǎn)率高，環(huán)境友好，制備的納米晶顆粒尺寸小，單分散性好，比表面積大，純度高，在氣體傳感器方面有著廣闊的應(yīng)用前景，易于進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】一種單分散二氧化錫納米晶顆粒的制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種利用苯并咪唑做礦化劑可控制備大比表面積、單分散二氧化錫納米晶顆粒的工藝，特別是一種單分散二氧化錫納米晶顆粒的制備方法，能用于催化劑、氣敏傳感器和電極材料等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】: [0002]二氧化錫是一種寬禁帶半導(dǎo)體氧化物(禁帶寬度為3.6eV)，其實(shí)際合成過程中存在氧空位，呈現(xiàn)出n型半導(dǎo)體特性，二氧化錫具有獨(dú)特的氣敏性、導(dǎo)電性和透光性，在光電和氣敏元件等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，其潛在的應(yīng)用價值引起了人們的廣泛關(guān)注，單分散納米尺寸的二氧化錫晶顆粒具有較大的比表面積、較高的活性以及表面存在許多缺陷，其光電性質(zhì)以及氣敏性能表現(xiàn)出不同于塊體材料的優(yōu)異性能，并且它的靈敏度、選擇性可以通過摻雜其它元素得到提高，因此，許多研究人員致力于研究單分散二氧化錫納米晶顆粒的制備方法。目前，SnO2納米顆粒的制備方法包括物理合成法和化學(xué)合成法，其中，物理合成法包括濺射法、氣相沉積法和等離子體法，這些方法對儀器設(shè)備要求高，生產(chǎn)費(fèi)用昂貴，且耗能高；與傳統(tǒng)的物理合成法相比，化學(xué)合成方法的原料價格低廉，儀器設(shè)備簡單，合成過程易控制，現(xiàn)有的化學(xué)合成法已經(jīng)發(fā)展了水熱法(H.C.Chiu;C.S.Yeh.J.Phys.Chem.C.2007，111，7256 ；H.L.Zhu ; D.Yang; G.X.Yu ; H.Zhang; K.H.Ya0.Nanotechnology, 2006,17，2386)、溶膠凝膠法(F.Gu.; S.F.Wang.;M.K.Lu; G.J.Zhou.; D.Xu.;D.R.Yuan.J.Phys.Chem.B, 2004，108，8119)、超聲合成(J.J.Zhu; Z.H.Lu; S.T.Aruna; D.Aurbach; A.Gedanken.Chem.Mater.，2000，12，2557 )和燃燒合成(CN1887722 )等方法，其中水熱法制備的SnO2納米顆粒具有晶粒發(fā)育完整、粒度分布窄、團(tuán)聚程度輕等優(yōu)點(diǎn)，極大地改善了材料的性能，被認(rèn)為是一種制備二氧化錫納米顆粒的重要手段。然而傳統(tǒng)的水熱合成法需要借助于表面活性劑來制備單分散的二氧化錫納米顆粒，由于引入了表面活性劑，所制備的二氧化錫顆粒的純度不高，必須通過后續(xù)進(jìn)一步的處理(例如高溫煅燒)才能得到高純度、單分散二氧化錫納米顆粒(Y.D.Wang.;C.L.Ma.;X.D.Sun.;H.D.L1.Nanotechnology, 2002, 13，565)，能耗高，制備工藝復(fù)雜。因此，開發(fā)出一種一步法制備直徑小、單分散、高純度的二氧化錫納米晶顆粒的方法具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種利用苯并咪唑?yàn)榈V化劑可控制備單分散、高純度、大比表面積的二氧化錫納米晶顆粒的方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明以SnCl4 *5H20為原料，苯并咪唑做礦化劑，水和乙醇或丙醇的混合液為溶劑，制備單分散二氧化錫納米晶顆粒，其具體工藝步驟包括:
[0005](I)、將去離子水和乙醇或丙醇按體積比為1:1的比例混合均勻作為溶劑，然后將SnCl4 ? 5H20和苯并咪唑溶于溶劑中得到混合溶液，其中，SnCl4 ? 5H20和溶劑的重量比為1:100，SnCl4 ? 5H20和苯并咪唑的重量比為7:2~12 ；[0006](2)、將步驟(1)得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，在160-200°C下反應(yīng)12-24小時，得到白色樣品；
[0007](3)、將步驟(2)得到的白色樣品依次用去離子水和乙醇清洗后在60-150°C下烘干，得到單分散二氧化錫納米晶顆粒。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其制備工藝簡單，操作簡便，原理可靠，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品產(chǎn)率高，環(huán)境友好，制備的納米晶顆粒尺寸小，單分散性好，比表面積大，純度高，在氣體傳感器方面有著廣闊的應(yīng)用前景，易于進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】:[0009]圖1.為本發(fā)明實(shí)施例1制備的SnO2納米顆粒的XRD圖譜，表明材料為四方晶相結(jié)構(gòu)的單晶SnO2顆粒。
[0010]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的SnO2納米顆粒的XRD圖譜，表明材料為四方晶相結(jié)構(gòu)的單晶SnO2顆粒。
[0011]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制備的SnO2納米顆粒的XRD圖譜，表明材料為四方晶相結(jié)構(gòu)的單晶SnO2顆粒。
[0012]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的SnO2納米晶顆粒的透射電鏡照片，其中(a)為SnO2納米晶顆粒的低倍透射電鏡照片，(b)為SnO2納米晶顆粒的高倍透射電鏡照片；表明該材料是單分散的球形納米晶顆粒，顆粒尺寸比較均勻，平均直徑大為3.4nm。
[0013]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的SnO2納米晶顆粒的透射電鏡照片，其中(a)為SnO2納米晶顆粒的低倍透射電鏡照片，(b)為SnO2納米晶顆粒的高倍透射電鏡照片；表明該材料是單分散的橢球形納米晶顆粒，顆粒尺寸比較均勻，其長徑平均為7.4nm，短徑平均為
4.8nm。
[0014]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3制備的SnO2納米晶顆粒的透射電鏡照片，其中(a)為SnO2納米晶顆粒的低倍透射電鏡照片，(b)為SnO2納米晶顆粒的高倍透射電鏡照片；表明該材料是球形納米晶顆粒，并出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，平均直徑約為5.2nm。
[0015]圖7為本發(fā)明實(shí)施例1制備的SnO2納米晶顆粒的尺寸分布圖，表明制備的SnO2顆粒的尺寸比較均勻，分布在2.3-4.5nm。
[0016]圖8為本發(fā)明實(shí)施例2制備的SnO2納米晶顆粒的尺寸分布圖，表明制備的SnO2顆粒的尺寸比較均勻，長徑分布在6.8-8.0nm,短徑分布在4.5-6.0nm。
[0017]圖9為本發(fā)明實(shí)施例3制備的SnO2納米晶顆粒的尺寸分布圖，表明制備的SnO2顆粒的尺寸分布在3.5-6.0nm。
[0018]圖10為本發(fā)明實(shí)施例1制備的SnO2納米晶顆粒的N2吸附-脫附等溫線和孔徑分布圖，表明該材料具有典型的介孔結(jié)構(gòu)。
[0019]圖11為本發(fā)明實(shí)施例2制備的SnO2納米晶顆粒的N2吸附-脫附等溫線和孔徑分布圖，表明該材料具有典型的介孔結(jié)構(gòu)。
[0020]圖12為本發(fā)明實(shí)施例3制備的SnO2納米晶顆粒的N2吸附-脫附等溫線和孔徑分布圖，表明該材料具有典型的介孔結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】:[0021]下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。
[0022]本實(shí)施例以SnCl4 ? 5H20為原料，苯并咪唑做礦化劑，水和乙醇或丙醇的混合液為溶劑，制備單分散、大比表面積、高純度的二氧化錫納米晶顆粒，其具體工藝步驟包括:
[0023](1)、將去離子水和乙醇或丙醇按體積比為1:1的比例混合均勻作為溶劑，然后將SnCl4 ? 5H20和苯并咪唑溶于溶劑中得到混合溶液，其中，SnCl4 ? 5H20和溶劑的重量比為1:100，SnCl4 ? 5H20和苯并咪唑的重量比為7:2~12 ；
[0024](2)、將步驟(1)得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，在160-200°C下反應(yīng)12-24小時，得到白色樣品；
[0025](3)、將步驟(2)得到的白色樣品依次用去離子水和乙醇清洗后在60-150°C下烘干，得到單分散二氧化錫納米晶顆粒。
[0026]實(shí)施例1:
[0027]本實(shí)施例以SnCl4 *5H20為原料，苯并咪唑做礦化劑，水和乙醇的混合液為溶劑，在180°C條件下反應(yīng)20小時，制得單分散、大比表面積、高純度的二氧化錫納米晶顆粒，其具體工藝步驟包括:
[0028](I)、將20mL去離子水和20mL乙醇混合均勻作為溶劑，將0.35gSnCl4 CH2C^P0.1g苯并咪唑并溶于溶劑中得到混合溶液；
[0029](2)、將所得的混合溶液轉(zhuǎn)移到50mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，在180°C下反應(yīng)20h得到白色樣品；
[0030](3)、將所得的白色樣品依次用去離子水和乙醇清洗，然后在空氣中100°C烘干得到平均直徑約為3.4nm的單分散SnO2球形納米晶顆粒，其比表面積為223.6m2 孔徑為
5.6nm。
[0031]實(shí)施例2:
[0032]本實(shí)施例中苯并咪唑的用量為0.3g，其它實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)施例1相同，制備得到橢球形的單分散SnO2納米晶顆粒，其長徑平均為7.4nm,短徑平均約為4.8nm,比表面積為181.2m2 ? g 1，孔徑為 6.4nm。
[0033]實(shí)施例3:
[0034]本實(shí)施例中苯并咪唑的用量為0.6g，其它實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)施例1相同，制備得到的SnO2納米晶顆粒出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，顆粒為球形，其平均直徑約為5.2nm,比表面積為109.7m2 ? g'與實(shí)施例1和2相比比表面積明顯下降；孔徑為4.3nm。
[0035]本實(shí)施例通過調(diào)節(jié)礦化劑苯并咪唑的用量調(diào)控SnO2納米晶的顆粒尺寸及形貌，在苯并咪唑的調(diào)控作用下，制備的SnO2納米顆粒具有尺寸均一，單分散性好，結(jié)晶度高，比較面積大等優(yōu)點(diǎn)，并在催化劑、氣敏傳感器和電極材料等領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.一種單分散二氧化錫納米晶顆粒的制備方法，其特征在于以SnCl4 ? 5H20為原料，苯并咪唑做礦化劑，水和乙醇或丙醇的混合液為溶劑，制備單分散二氧化錫納米晶顆粒的具體工藝步驟包括: (1)、將去離子水和乙醇或丙醇按體積比為1:1的比例混合均勻作為溶劑，然后將SnCl4 ? 5H20和苯并咪唑溶于溶劑中得到混合溶液，其中，SnCl4 ? 5H20和溶劑的重量比為1:100，SnCl4 ? 5H20和苯并咪唑的重量比為7:2~12 ； (2)、將步驟(1)得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，在160-200°C下反應(yīng)12-24小時，得到白色樣品； (3)、將步驟(2)得到的白色樣品依次用去離子水和乙醇清洗后在60-150°C下烘干，得到單分散二氧化錫納米晶顆粒。
【文檔編號】C01G19/02GK103613123SQ201310680788
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】王鳳云, 王乙潛, 蔡镕聲, 王超 申請人:青島大學(xué)