一種具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于空心微/納米結(jié)構(gòu)在催化、傳感器、藥物傳送、光子晶體、化學(xué)反應(yīng)堆、可再充電電池等方面有著很廣泛的潛在應(yīng)用，使得它們收到了極大地關(guān)注。傳統(tǒng)的空心結(jié)構(gòu)的制備方法涉及到不同的模板:包括硬模板，如單分散硅粒子、聚合物乳液球、碳納米球和軟模板，如液滴，膠束、膿皰、囊泡和氣泡。同時，自模板或無模板法也被發(fā)展用于制備空心結(jié)構(gòu)，它以貴金屬機(jī)理為基礎(chǔ)，如奧斯瓦爾德熟化，可肯達(dá)爾效應(yīng)等。到目前為止，盡管人們已經(jīng)合成了很多的空心結(jié)構(gòu)，但是從常規(guī)路線獲得的空心顆粒大部分都是多晶的球形結(jié)構(gòu)。與球形結(jié)構(gòu)相比較而言，因為很難發(fā)現(xiàn)制備非球形結(jié)構(gòu)所需的模板，所以很少有關(guān)于非球形的空心結(jié)構(gòu)的制備的報道，尤其是單晶的非球形的結(jié)構(gòu)。目前，也有一些關(guān)于單晶非球形結(jié)構(gòu)合成的報道，例如，Qi課題組通過催化自模板路線制備了單晶八面體Cu2O 納米籠(C.H.Lu, L.M.Qi, J.H.Yang, X.Y.Wang, D.Y.Zhang, J.L.Xie, and J.M.Ma, Adv.Mater, 2005, 17，2562)。Xie課題組用乙醇液滴作為軟模板并以激光輔助生長成功的制備了單晶 ZnO 空心多面體(Z.Y.Jiang, Z.X.Xie, X.H.Zhang, S.C.Lin, T.Xu, S.Y.Xie, R.B.Huangand L.S.Zheng, Adv.Mater., 2004, 16, 904)。然而，大多數(shù)報道的單晶非球形空心粒子通常都是簡單的化合物，并沒有關(guān)于單晶非球形的復(fù)雜化合物的報道。由此可見，發(fā)展一種簡單，通用的方法來制備單晶非球形狀空心結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化合物仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
[0003]羥基錫酸鋅(ZnSn(OH)6)是一種典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的羥基化合物材料，也是一種具有多變價態(tài)、特殊電子結(jié)構(gòu)的過渡金屬錫酸鹽。在羥基錫酸鋅晶體中，金屬原子與氧原子配位構(gòu)成了 Sn (OH)6八面體結(jié)構(gòu)和Zn (OH) 6八面體結(jié)構(gòu)，這些八面體棱角處共有的氧原子起銜接和橋梁的作用，進(jìn)而構(gòu)成了羥基錫酸鋅特有的結(jié)構(gòu)框架。由于自身擁有獨特的結(jié)構(gòu)特性和低毒性，羥基錫酸鋅作為阻燃劑及煙霧抑制劑廣泛應(yīng)用在塑料、橡膠制品和其他高分子材料工業(yè)中，是替代三氧化二銻的環(huán)保型產(chǎn)品。此外，羥基錫酸鋅熱分解產(chǎn)物也在氣體傳感器和鋰電池電池方面有重要的應(yīng)用?？紤]到羥基錫酸鋅的這些廣泛應(yīng)用，研宄者已經(jīng)采用了多種不同的方法來制備羥基錫酸鋅。例如，固態(tài)合成方法、溶劑熱合成、濕化學(xué)方法、和水熱法等。但是，目前為止，我們并沒有發(fā)現(xiàn)相關(guān)單晶羥基錫酸鋅雙層空心的立方體結(jié)構(gòu)的制備及其氣敏性質(zhì)方面的研宄報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了提供一種具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅及其制備方法，該羥基錫酸鋅具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)，且形貌可控，該制備方法簡單、生產(chǎn)成本低。
[0005]本發(fā)明首先提供一種具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅，該羥基錫酸鋅具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)，層間及其內(nèi)部均為中空結(jié)構(gòu)，外層邊長為700-900nm，厚度為80-120nm，內(nèi)層邊長為 500_700nm，厚度為 40_60nm。
[0006]本發(fā)明還提供一種具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅的制備方法，該方法包括:
[0007]步驟一:制備實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液；
[0008]步驟二:在步驟一得到的實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液中加入氫氧化鈉溶液反應(yīng)，得到具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅。
[0009]優(yōu)選的是，所述的步驟一制備實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液，具體方法為:將含有鋅源的溶液和含有錫源的溶液混合，得到混合溶液，將還原劑加入上述混合溶液中反應(yīng)，得到實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液。
[0010]優(yōu)選的是，所述的步驟一制備實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液，具體方法為:將SnCl4.5Η20乙醇溶液與ZnCl2水溶液混合，得到混合溶液，將氫氧化鈉水溶液加入上述混合溶液中反應(yīng)，得到實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液。
[0011]優(yōu)選的是，所述的步驟一的反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時間為12-36小時。
[0012]優(yōu)選的是，所述的混合溶液與氫氧化鈉水溶液的體積比為3:5。
[0013]優(yōu)選的是，所述的SnCl4.5Η20濃度為0.4Μ，ZnCl2濃度為0.2Μ，氫氧化鈉濃度為0.8Μ。
[0014]優(yōu)選的是，所述的步驟二的反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時間為12-36小時。
[0015]優(yōu)選的是，所述的實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液與氫氧化鈉溶液的體積比為8:(3-6)。
[0016]優(yōu)選的是，所述的步驟二中氫氧化鈉溶液濃度為2.0Μ。
[0017]本發(fā)明的有益效果
[0018]本發(fā)明首先提供一種具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅，該羥基錫酸鋅具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)，該羥基錫酸鋅形貌可控，比表面積大，氣敏性能優(yōu)異，對于10ppm的丙酮氣體，靈敏度可達(dá)到52。
[0019]本發(fā)明還提供一種具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅的制備方法，該方法先利用常溫液相合成方法合成實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液，然后通過堿刻蝕實心立方體羥基錫酸鋅，實心立方體羥基錫酸鋅表面和內(nèi)部在一定濃度堿溶液中的溶解程度不同，在保證立方體形貌不變的同時刻蝕制備出具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅。該制備方法簡單、成本低、合成過程無需加熱，無需特殊誘導(dǎo)劑或表面活性劑，綠色環(huán)保。
【附圖說明】
[0020]圖1是實施例1制備的實心立方體羥基錫酸鋅顆粒的掃描電鏡照片圖。
[0021]圖2是實施例1制備的實心立方體羥基錫酸鋅顆粒的透射掃描照片圖。
[0022]圖3是實施例1制備的雙層空心立方體羥基錫酸鋅顆粒的掃描電鏡照片圖。
[0023]圖4是實施例1制備的雙層空心立方體羥基錫酸鋅顆粒的透射掃描照片圖。
[0024]圖5是實施例2制備的實心立方體羥基錫酸鋅顆粒的透射掃描照片圖。
[0025]圖6是實施例2制備的雙層空心立方體羥基錫酸鋅顆粒的透射掃描照片圖。
[0026]圖7是實施例3制備的實心立方體羥基錫酸鋅顆粒的透射掃描照片圖。
[0027]圖8是實施例3制備的雙層空心立方體羥基錫酸鋅顆粒的透射掃描照片圖。
[0028]圖9是實施例1制備的雙層空心立方體羥基錫酸鋅顆粒的X射線衍射圖。
[0029]圖10是實施實例I制備的雙層空心立方體羥基錫酸鋅顆粒對丙酮氣體的氣體敏感性能曲線圖。
【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明首先提供一種具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅，該羥基錫酸鋅具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)，層間及其內(nèi)部均為中空結(jié)構(gòu)，外層邊長為700-900nm，厚度為80-120nm，內(nèi)層邊長為 500_700nm，厚度為 40_60nm。
[0031]本發(fā)明還提供一種具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅的制備方法，該方法包括:
[0032]步驟一:制備實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液；
[0033]步驟二:在步驟一得到的實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液中加入氫氧化鈉溶液反應(yīng)，得到具有雙層空心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅。
[0034]按照本發(fā)明，步驟一所述的制備實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液是利用常溫液相合成方法，優(yōu)選為將含有鋅源的溶液和含有錫源的溶液混合，得到混合溶液，將還原劑加入上述混合溶液中反應(yīng)，得到實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液。所述的含有鋅源的溶液優(yōu)選為SnCl4.5Η20乙醇溶液，含有錫源的溶液優(yōu)選為ZnCljK溶液，還原劑優(yōu)選為氫氧化鈉水溶液。更優(yōu)選的方法包括:將SnCl4.5Η20乙醇溶液與ZnCljK溶液攪拌混合，得到混合溶液，將氫氧化鈉水溶液加入上述混合溶液中反應(yīng)，所述的反應(yīng)溫度優(yōu)選為室溫，反應(yīng)時間優(yōu)選為12-36小時，得到實心立方體結(jié)構(gòu)的羥基錫酸鋅溶液。所述的混合溶液與氫氧化