一種核殼結構二氧化錫多面體納米顆粒及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種核殼結構二氧化錫多面體納米顆粒及其制備方法。
【背景技術】
[0002]二氧化錫，作為一種寬帶隙的η型半導體，由于其化學穩(wěn)定性好，耐腐蝕性強，對氣體吸附脫附時間短且靈敏度高，在可見光范圍內的吸收率幾乎為零等優(yōu)點，被廣泛應用于氣敏材料、電池、導波光學、晶體管、光學傳感器等領域。
[0003]現(xiàn)有技術中，二氧化錫納米顆粒的制備方法主要有水熱法和液相沉積法等。如2008年，Wu等人利用氨基酸輔助水熱法制備出尺寸小于1nm的二氧化錫納米晶(Wu，S.，Caoj H.，Yin,S.，LiujX.，&Zhang，X.2009.The Journal of Physical ChemistryC，113，17893-17898.) ;2011年，Das等以氯化亞錫和六亞甲基四胺為原料，采用液相沉積法制備出了 200nm 的二氧化錫顆粒(Das, S., Kim, D.Y., Choi, C.Μ., &Hahn, Y.B.2011.46，609-614.);同年Kim等利用水熱法合成出了光滑的實心二氧化錫顆粒(Kim, H.R., Choi, K.1., Lee, J.Η., &Akbar, S.A.(2009).Sensors and ActuatorsB:Chemical, 136，138-143.)。但是，上述制備方法制備的二氧化錫納米顆粒皆為實心結構，無法得到復雜形貌的二氧化錫納米顆粒，相應的，也無法具備無機空心微納米結構的性能；且制備過程需要高溫，或者使用添加劑，操作復雜、成本較高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術中二氧化錫納米顆粒的制備方法操作復雜、成本高，且無法制備復雜形貌的二氧化錫納米顆粒的技術問題，提供一種核殼結構二氧化錫多面體納米顆粒及其制備方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術問題采用的技術方案如下。
[0006]一種核殼結構二氧化錫多面體納米顆粒，由空心外殼和實心內核組成，所述實心內核與空心外殼的材料均為二氧化錫，且形狀相同，具有相同的中心點，實心內核的一個面與空心外殼的一個面平行；
[0007]所述空心外殼的的結構為正六面體、十四面體或者正八面體。
[0008]優(yōu)選的，所述納米顆粒的平均粒徑為800nm，空心外殼的平均厚度為100nm，實心內核的平均粒徑為600-650nm。
[0009]一種核殼結構二氧化錫多面體納米顆粒的制備方法，包括以下步驟:
[0010]步驟一、制備實心錫酸鋅多面體納米顆粒；
[0011]步驟二、將步驟一得到的實心錫酸鋅多面體納米顆粒高溫退火，冷卻，得到實心混合多面體納米顆粒；
[0012]步驟三、將實心混合多面體納米顆粒加入硝酸水溶液中，靜置24-96h后，洗滌、干燥，得到核殼結構二氧化錫多面體納米顆粒；
[0013]所述硝酸水溶液中，硝酸的濃度為0.25-1摩爾/升。
[0014]優(yōu)選的，所述實心錫酸鋅多面體的制備方法為:將SnCl4.5H20和ZnCl2S解在溶劑中，混合均勻，得到混合溶液，然后向混合溶液中滴加氫氧化鈉水溶液，攪拌至乳白色，靜置12-48h，將沉淀洗滌、干燥，得到實心錫酸鋅多面體；
[0015]所述溶劑為水，或者為水與乙醇按體積比為(2-10):1的的混合物。
[0016]優(yōu)選的，所述混合溶液中，SnCl4.5H20和ZnCl2的摩爾比為1: 1，當制備的實心錫酸鋅多面體納米顆粒為正六面體時，氫氧化鈉水溶液中氫氧化鈉與混合溶液中SnCl4.5H20的摩爾比為(8-15):1 ;當制備的實心錫酸鋅多面體納米顆粒為十四面體時，氫氧化鈉水溶液中氫氧化鈉與混合溶液中SnCl4.5Η20的摩爾比為(20-30):1 ;當制備的實心錫酸鋅多面體納米顆粒為正八面體時，氫氧化鈉水溶液中氫氧化鈉與混合溶液中SnCl4.5Η20的摩爾比大于30:1,小于等于35:1。
[0017]優(yōu)選的，所述氫氧化鈉水溶液中氫氧化鈉的濃度為0.3-1.4摩爾/升。
[0018]優(yōu)選的，所述氫氧化鈉水溶液的用量為??每3毫升混合溶液加入5毫升的氫氧化鈉水溶液。
[0019]優(yōu)選的，所述攪拌速度為1200-1600r/min，攪拌時間為10_40min。
[0020]優(yōu)選的，所述高溫退火是在700-950°C空氣環(huán)境下退火30min_4h ;更優(yōu)選的，所述退火時間為30min。
[0021]優(yōu)選的，所述實心混合多面體納米顆粒和硝酸水溶液的用量為:每I毫克的實心混合多面體納米顆粒加入到0.1毫升的硝酸水溶液中。
[0022]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0023]1、本發(fā)明的核殼結構二氧化錫多面體納米顆粒為空心分等級結構，形貌多變且易控制，可以為正六面體、十四面體及正八面體，單分散性和結晶性良好，表面化學活性高，比表面積大，對甲苯氣體具有良好的氣敏性，在氣敏傳感器領域具有潛在的應用價值；
[0024]2、本發(fā)明的制備方法制備成本低、重復性好、操作簡便、容易控制。
【附圖說明】
[0025]圖1是實施例1制備的實心錫酸鋅正六面體納米顆粒的掃描電鏡圖；
[0026]圖2是實施例1制備的實心混合正六面體納米顆粒的掃描電鏡圖；
[0027]圖3是實施例1制備的核殼結構二氧化錫正六面體納米顆粒的掃描電鏡圖；
[0028]圖4是實施例1制備的核殼結構二氧化錫正六面體納米顆粒的透射掃描電鏡圖；
[0029]圖5是實施例4制備的實心錫酸鋅十四面體納米顆粒的掃描電鏡圖；
[0030]圖6是實施例4制備的實心混合十四面體納米顆粒的掃描電鏡圖；
[0031]圖7是實施例4制備的核殼結構二氧化錫十四面體納米顆粒的掃描電鏡圖；
[0032]圖8是實施例4制備的核殼結構二氧化錫十四面體納米顆粒的透射掃面電鏡圖；
[0033]圖9是實施例7制備的實心錫酸鋅正八面體納米顆粒的掃描電鏡圖；
[0034]圖10是實施例7制備的實心混合正八面體納米顆粒的掃描電鏡圖；
[0035]圖11是實施例7制備的核殼結構二氧化錫正八面體納米顆粒的掃描電鏡圖；
[0036]圖12是實施例7制備的核殼結構二氧化錫正八面體納米顆粒的透射掃描電鏡圖；
[0037]圖13是實施例1制備的核殼結構二氧化錫正六面體納米顆粒的X射線衍射圖；
[0038]圖14是對比例I的實心二氧化錫納米顆粒與實施例1制備的核殼結構二氧化錫正六面體納米顆粒對甲苯氣體的靈敏度圖。
【具體實施方式】
[0039]為了進一步了解本發(fā)明，下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為了進一步說明本發(fā)明的特正和優(yōu)點而不是對本發(fā)明權利要求的限制。
[0040]本發(fā)明的核殼結構二氧化錫多面體納米顆粒，由空心外殼和實心內核組成，其中實心內核與空心外殼的形狀相同，可以為正六面體、十四面體或者正八面體，空心外殼的材料為二氧化錫，實心內核設置在空心外殼形成的內腔中，實心內核與空心外殼具有相同的中心點，從內至外排列，且實心內核的一個面與空心外殼的一個面平行，實心內核的材料也為二氧化錫。本發(fā)明的多面體納米顆粒的比表面積為10ppm甲苯氣體的靈敏度為65-75，納米顆粒的平均粒徑為800nm，空心外殼的平均厚度為lOOnm，實心內核的平均粒徑為600-650nm。
[0041]本發(fā)明中，定義正六面體和正八面體的粒徑為體對角線的長度，十四面體的粒徑為穿過十四面體的幾何中心且兩端分別與十四面體的面接觸的所有線段中最長的。本發(fā)明的十四面體指晶體結構的十四面體結構，為現(xiàn)有技術，一般稱立方八面體結構，由六個相同的正方形和八個相同的六邊形組成；其中，六邊形由三條相同的長邊和三條相同的短邊組成，且長邊與短邊交替連接，相鄰的兩條長邊所在的直線成60度角；每個正方形的四條邊分別與一個六邊形的長邊共線，相鄰的兩個六邊形的短邊共線。
[0042]上述核殼結構二氧化錫多面體納米顆粒的制備方法，包括以下步驟:
[0043]步驟一、制備實心錫酸鋅多面體納米顆粒
[0044]實心錫酸鋅多面體納米顆粒的制備為現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供一種實心錫酸鋅多面體納米顆粒的制備方法，但不限于此:將SnCl4.5Η20和ZnCl2S解在溶劑中，攪拌混合均勻，一般以1200-1600r/min的攪拌速度攪拌10_40min，得到混合溶液，然后向混合溶液中滴加濃度為0.3-1.4摩爾/升的氫氧化鈉水溶液，氫氧化鈉水溶液的用量可