專利名稱：二氧化錫納米線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化錫納米線的制備方法，屬無機(jī)化學(xué)和材料合成技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二氧化錫(Sn02 )是一種良好的n型半導(dǎo)體材料，具有廣泛的帶隙，在室溫條件下其帶 隙為Eg:3.6eV。此外，它還具有可靠性高、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、對(duì)氣體檢測(cè)可逆、成本低廉 等優(yōu)點(diǎn)，因此，被廣泛的用于氣敏性傳感器、太陽能電池、催化劑、透明導(dǎo)電電極等領(lǐng)域。 目前，人們已對(duì)Sn02及其摻雜其它物質(zhì)的Sn02納米顆粒和薄膜相關(guān)的物理、光學(xué)及其電化 學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了廣泛的研究。
近年來，隨著納米科技的發(fā)展，研究者們已經(jīng)制備出了多種一維的Sn02納米材料，例如 納米線、納米棒，納米帶，納米管等。其中Sn02納米線由于其獨(dú)特的形貌以及直徑和長(zhǎng)短的 可控性，引起了人們了極大的興趣。目前文獻(xiàn)報(bào)道關(guān)于制備Sn02納米線的方法主要有高溫 化學(xué)蒸汽沉積法(800-1200 °C)，激光消融法、液相法、模板法以及碳熱還原法等。以上這 些制備方法不可避免地都存在著一些問題，例如高溫化學(xué)蒸汽沉積法雖然方法相對(duì)比較成熟， 但存在合成的溫度比較高且反應(yīng)條件苛刻的問題；而模板法由于大多采用的是一些軟模板， 對(duì)反應(yīng)條件的要求比較高，且受外界條件影響很大，故重復(fù)性和穩(wěn)定性都存在一定問題。另 外，采用以上方法制備的二氧化錫納米線直徑通常都比較大， 一般都在100nm以上，而且合 成的納米線直徑分布也不均勻。鑒于此，本發(fā)明首次采用介孔二氧化硅材料(SBA-15)作為 硬模板來制備Sn02納米線，合成條件溫和，操作簡(jiǎn)單，且重復(fù)性好。通過此法制備的Sn02納 米線的直徑一般在7-8nm左右，長(zhǎng)短可控，且在氣敏性傳感器和電化學(xué)方面有著良好的應(yīng)用 前景，可以批量制備生產(chǎn)，這非常適合工業(yè)化應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種二氧化錫納米線的制備方法。
本發(fā)明一種二氧化錫納米線的制備方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟
a.按現(xiàn)有已知技術(shù)方法制備介孔二氧化硅(SBA-15)
將定一量的三嵌段高聚物HO(CH2CH20)2o(CH2CH(CH3)0)70
(CH2CH20)2()H (即P123)加入到1.6mol/L的鹽酸水溶液中，攪拌直至P123完全溶解， 接著加入正硅酸乙酯(TEOS)，于40'C水浴中加熱20小時(shí)；然后將該混合物在9(TC溫度下 晶化48小時(shí)；最后將固體產(chǎn)物過濾、洗滌、烘干，并在550。C空氣氣氛中焙燒6小時(shí)，得到 介孔二氧化硅(SBA-15); 3b. 二氧化錫納米線的制備
(1) 、采用電子天平稱取一定量的二水氯化亞錫(SnCl2*2H20)和上述制得的介孔二氧 化硅(SBA-15);兩者的用量按其摩爾質(zhì)量比即Sn02: SiOfl: (0.8 2.0)為計(jì)量基準(zhǔn)；
(2) 、取上述制得的介孔二氧化硅(SBA-15)放在真空干燥箱中在IO(TC溫度下活化1小 時(shí)，得活化的介孔二氧化硅(SBA-15);
(3) 、將一定量的SnCl2'2H2O溶于0.2mol/L的鹽酸水溶液中，并不斷攪拌30分鐘；然 后將上述活化的介孔二氧化硅(SBA-15)加入到SnCl2 *2H20的鹽酸溶液中，并不斷攪拌12 小時(shí)
(4) 、將上述混合物溶液于IO(TC下加熱，將溶劑蒸發(fā)掉，然后將其放在馬弗爐中，在500 800'C下焙燒2 5小時(shí)，得到Sn02/SBA-15復(fù)合物粉末；
(5) 、將上述Sn02/SBA-15復(fù)合物粉末加入到濃度為5 15%的HF酸溶液中，不斷攪拌， 過夜；然后進(jìn)行離心分離，并用去離子水和乙酸洗滌多次，烘后即得到純相的二氧化錫(Sn02) 納米線。
本發(fā)明的特點(diǎn)和機(jī)理敘述如下 本發(fā)明過程中將SnCl2 2H20容于0.2mol/L的HC1 溶液中，是為了防止SnCl2水解，經(jīng)充分?jǐn)嚢枋筍nCl2均勻分散在HCl溶液中；然后通過 焙 燒的方法將SnCl2氧化為2n02;最后采用5 15%的HF酸除去Si02，從而得到Sn02納米線 產(chǎn)物。本發(fā)明中加入介孔二氧化硅(SBA-15)，其作為模板劑，使SnCl2均勻地進(jìn)入介孔二氧 化硅的細(xì)微孔道中，最后通過焙燒形成直徑為7 8nm的均一的Sn02納米線。
本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，制備條件溫和，重復(fù)性好。該產(chǎn)物Sn02納米線可用于氣敏性傳感器和 電化學(xué)方面的元件材料。
圖1為本發(fā)明中Sn02/SBA-15復(fù)合物的XRD譜圖。 圖2為本發(fā)明中所得產(chǎn)物Sn02納米線的XRD譜圖。 圖3為本發(fā)明中Sn02/SBA-15復(fù)合物的透射電鏡(TEM)照片圖。 圖4為本發(fā)明中所得Sn02納米線的透射電鏡(TEM)照片圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。 實(shí)施例本實(shí)施例中的制備過程和步驟如下所述 1、按現(xiàn)有已知技術(shù)方法制備介孔二氧化硅(SBA-15)
將定一量的三嵌段高聚物H0(CH2CH20)2G(CH2CH(CH3)O)7G(CH2CH2O)2()H ，也即(E02rP07o-E02G)，(簡(jiǎn)寫成P123)加入到1.6mol/L的鹽酸水溶液中，攪拌直至P123完全 溶解，接著加入正硅酸乙酯(TEOS),于4(TC水浴中加熱20小時(shí)；然后將該混合物在90°C 溫度下晶化48小時(shí)；最后將固體產(chǎn)物過濾、洗滌、烘干，并在55(TC空氣氣氛中焙燒6小時(shí)， 得到介孔二氧化硅(SBA-15);
(該現(xiàn)有已知技術(shù)方法可參考期刊文獻(xiàn)Science, 1998, 279， 548-552。) 2、 Sn02納米線的制備
(O采用電子天平按Sn02: Si02(mol質(zhì)量比)=1: 1.5稱取二水合氯化亞錫(SnCl2'2H20) 和焙燒過的介孔二氧化硅(SBA-15)材料，配置0.2 mol/L的HC1溶液。將稱取的SBA-15 置于真空干燥箱中，在100 r下活化1小時(shí)，將SnCl2'2H20溶解于配置好的0.2 mol/L的HC1 溶液中，攪拌30分鐘，將活化的SBA-15加入到上述溶液中繼續(xù)攪拌12小時(shí)；
(2) 將上述步驟得到的混合液，在IO(TC下蒸干，得到Sn02/SBA-15復(fù)合物；
(3) 將上述所得合物放入馬弗爐中，在700 。C煅燒3小時(shí)后，得到淡黃色的Sn02/SBA-15 粉末樣品；
(4) 將上述步驟得到的Sn02/SBA-15粉末樣品加入到10 % HF溶液中攪拌過夜，進(jìn) 行離心分離，并用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，最終得到純相的Sn02納米線。 對(duì)本實(shí)施例中所得產(chǎn)物的XRD、 TEM的儀器檢測(cè)
本實(shí)施例中所得的中間產(chǎn)物Sn02/SBA-15復(fù)合物和最終產(chǎn)物Sn02納米線的XRD和TEM 檢測(cè)結(jié)果可參見附圖。
參見附圖，圖1為本發(fā)明中所得Sn02/SBA-15復(fù)合物的XRD譜圖。XRD分析是在日本 RigaKu D/max-2550型X射線衍射儀上進(jìn)行；采用CuKa衍射。從中可知，Sn02衍射峰的位 置與文獻(xiàn)報(bào)道的相一致(JCPDS No.41-1445)，證明Sn02成功負(fù)載到SBA-15上，并且通過 小角度掃描發(fā)現(xiàn)SBA-15仍保持了很好的有序孔道結(jié)構(gòu)。
參見附圖，圖2為本發(fā)明中所得產(chǎn)物Sn02納米線的XRD圖譜。由此可知，Sn02衍射 峰位置與文獻(xiàn)報(bào)道相一致，證明得到的是純相的Sn02材料。
參見附圖，圖3為本發(fā)明中所得Sn02/SBA-15復(fù)合物的透射電鏡(TEM)照片圖。TEM 分析采用日本電子株式會(huì)社JSM-2010F型透射電子顯微鏡觀察材料形貌。從TEM圖片 可以看到，在合成Sn02/SBA-15復(fù)合物的過程中SBA-15保持了很好的有序孔道結(jié)構(gòu)，且Sn02 納米線均勻有序的分布在SBA-15的孔道內(nèi)，此結(jié)果與XRD譜圖相吻合。
參見附圖，圖4為本發(fā)明中所得產(chǎn)物Sn02納米線的透射電鏡(TEM)照片圖。從中可知， 去除SBA-15模板之后，得到了直徑在7-8nm的Sn02納米線。
權(quán)利要求
1、一種二氧化錫納米線的制備方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟a.按現(xiàn)有已知技術(shù)方法制備介孔二氧化硅(SBA-15)將定一量的三嵌段高聚物HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20H(即P123)加入到1.6mol/L的鹽酸水溶液中，攪拌直至P123完全溶解，接著加入正硅酸乙酯(TEOS)，于40℃水浴中加熱20小時(shí)；然后將該混合物在90℃溫度下晶化48小時(shí)；最后將固體產(chǎn)物過濾、洗滌、烘干，并在550℃空氣氣氛中焙燒6小時(shí)，得到介孔二氧化硅(SBA-15)；b.二氧化錫納米線的制備(1)、采用電子天平稱取一定量的二水氯化亞錫(SnCl2·2H2O)和上述制得的介孔二氧化硅(SBA-15)；兩者的用量按其摩爾質(zhì)量比即SnO2∶SiO2＝1∶(0.8～2.0)為計(jì)量基準(zhǔn)；(2)、取上述制得的介孔二氧化硅(SBA-15)放在真空干燥箱中在100℃溫度下活化1小時(shí)，得活化的介孔二氧化硅(SBA-15)；(3)、將一定量的SnCl2·2H2O溶于0.2mol/L的鹽酸水溶液中，并不斷攪拌30分鐘；然后將上述活化的介孔二氧化硅(SBA-15)加入到SnCl2·2H2O的鹽酸溶液中，并不斷攪拌12小時(shí)；(4)、將上述混合物溶液于100℃下加熱，將溶劑蒸發(fā)掉，然后將其放在馬弗爐中，在500～800℃下焙燒2～5小時(shí)，得到SnO2/SBA-15復(fù)合物粉末；(5)、將上述SnO2/SBA-15復(fù)合物粉末加入到濃度為5～15％的HF酸溶液中，不斷攪拌，過夜；然后進(jìn)行離心分離，并用去離子水和乙酸洗滌多次，烘后即得到純相的二氧化錫(SnO2)納米線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化錫納米線的制備方法，屬無機(jī)化學(xué)和材料合成技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特點(diǎn)主要是采用二水氯化亞錫(SnCl<sub>2</sub>·2H<sub>2</sub>O)和介孔二氧化硅(SBA-15)為原料，兩者的用量按其摩爾質(zhì)量比即SnO<sub>2</sub>∶SiO<sub>2</sub>＝1∶(0.8～2.0)為計(jì)量基準(zhǔn)；先按已知現(xiàn)有技術(shù)方法制取介孔二氧化硅(SBA-15)，該物質(zhì)作為模板劑參與反應(yīng)；將SnCl<sub>2</sub>·2H<sub>2</sub>O的鹽酸水溶液與介孔二氧化硅(SBA-15)混合，于100℃下加熱，然后在500～800℃下焙燒2～5小時(shí)；得到SnO<sub>2</sub>/SBA-15粉末；然后放于HF酸溶液中攪拌過夜，除去SiO<sub>2</sub>；經(jīng)離心分離、洗滌，最終得到純相SnO<sub>2</sub>納米線。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好。所得產(chǎn)物SnO<sub>2</sub>納米線的直徑為7～8nm。
文檔編號(hào)C01G19/02GK101659440SQ20091019653
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者何青泉, 剛 劉, 張春蕾, 張海嬌, 正 焦, 叢 王, 談志金 申請(qǐng)人:上海大學(xué)