CN100402467C - 一种制备二氧化锡/二氧化钛纳米复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二氧化锡/二氧化钛纳米复合材料的制备方法。本发明采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛与二氧化锡复合前驱体，研磨后高温焙烧得到各种摩尔比例的纳米复合材料。本发明技术原理简单，操作简便，对设备要求低；本发明制得的二氧化锡/二氧化钛(SnO₂/TiO₂)纳米复合材料，一方面是SnO₂对TiO₂颗粒的修饰，与纯的TiO₂相比，可提高系统的电荷分离效果，表现出更高的光催化能力；另一方面是TiO₂掺杂SnO₂复合材料，对SnO₂表面起改性作用，可以提高其作为敏感材料的灵敏度，改变材料的阻抗。本发明可制备纯TiO₂或SnO₂粉体材料及任意比例的SnO₂/TiO₂纳米复合材料。

Description

一种制备二氧化锡/二氧化钛纳米复合材料的方法

技术领域

本发明涉及一种二氧化锡/二氧化钛纳米复合材料的制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

纳米复合材料因能增强单一物质的特性或具有单一物质无可比拟的优点而受到广泛关注。二氧化钛化学性质稳定、难溶、无毒、成本低，是一种应用广泛的半导体纳米光催化剂。但纯二氧化钛的光生电子空穴对复合几率高，光催化效率较低，掺杂一定量的二氧化锡能提高其光催化活性。二氧化锡作为表面电阻型气体传感器，以其较好的灵敏性和选择性、良好的响应和恢复时间以及较长的使用寿命而被广泛应用于各种有毒有害气体、可燃气体、工业废气、环境污染气体的检测，通过掺杂金属或金属氧化物等可以提高传感器的灵敏度和选择性或扩大其应用范围。以二氧化锡为基本原料，掺杂二氧化钛制成的气体传感器可以提高二氧化锡表面积和相对气体阻抗，因而可以满足各种气体传感器的灵敏度、使用温度以及检测范围的要求。因此，一种按各种比例掺杂制备的二氧化锡/二氧化钛纳米复合材料的方法对改善二氧化钛和二氧化锡的应用性能具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的是以二氧化钛或二氧化锡为基体，提供一种制备纳米二氧化锡/二氧化钛(SnO₂/TiO₂)复合功能材料的方法，利用该方法制得的SnO₂/TiO₂复合纳米材料既可对二氧化钛催化剂改性，改变粒子结构与表面性质，从而扩大光响应范围，抑制载流子复合以提高量子效率，提高光催化材料的活性；又可对二氧化锡改性，改变其表面结构而使其阻抗有较大的变化，提高传感器的灵敏度和选择性，扩大其应用范围。

本发明采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛与二氧化锡复合前驱体，研磨后高温焙烧得到各种摩尔比例的纳米复合材料。具体的工艺过程及条件为：首先取一定质量的锡盐，与无水乙醇(溶剂)混合，超声波分散；然后将钛盐溶液缓慢滴入上述锡盐溶液中，磁力搅拌，搅拌过程中加去离子水使其水解，并不断加入氨水调节溶液pH值为碱性，搅拌制得的溶胶在室温下陈化成凝胶，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤、过滤、烘干，即可制得SnO₂/TiO₂纳米复合材料的前驱体，前驱体经过研磨后在450～600℃下焙烧2～4h得到平均粒经为60～100nm的SnO₂/TiO₂纳米复合材料。

SnO₂/TiO₂纳米复合材料中SnO₂与TiO₂的比例可根据实际需要确定。

所述的钛盐有：四氯化钛、硫酸钛、钛醇盐(钛酸丁酯、钛酸异丙酯)；所述的锡盐有：氯化亚锡、四氯化锡、锡酸钠等。无水乙醇因其廉价、无污染，因此是最好的溶剂。

本发明与现有工艺相比有以下优点：

1.本发明是采用溶胶-凝胶法和简单焙烧结合的一种新的制备纳米复合材料的方法，技术原理简单，操作简便，对设备要求低，成本大大降低。

2.本发明制得的二氧化锡/二氧化钛(SnO₂/TiO₂)纳米复合材料，一方面是SnO₂对TiO₂颗粒的修饰，与纯的TiO₂相比，可提高系统的电荷分离效果，表现出更高的光催化能力。所得的产品会在水污染处理、废气治理、灭菌消毒等领域表现出更广泛的应用；而另一方面是TiO₂掺杂SnO₂复合材料，对SnO₂表面起改性作用，可以提高其作为敏感材料的灵敏度，改变材料的阻抗，在气体传感、抗静电等领域将有更大的应用前景。

3.运用本发明可根据需要制备纯TiO₂或SnO₂粉体材料及任意比例的SnO₂/TiO₂纳米复合材料，制备速度快，性能稳定，品质高。

附图说明

图1：不同摩尔比例的SnO₂/TiO₂纳米复合材料的X-射线衍射(XRD)图，其中a-TiO₂；b-SnO₂∶TiO₂＝1∶10；c-SnO₂∶TiO₂＝1∶1；d-SnO₂∶TiO₂：＝10∶1；e-SnO₂。

具体实施方式：

1.锡盐为氯化亚锡(SnCl₂·2H₂O)，取6.63g，溶于40ml的无水乙醇中，超声波分散仪中分散30min。钛盐为正钛酸丁酯(Ti(C₄H₉O)₄)，取10ml，倒入100ml烧杯中，并缓慢倒入上述分散好的氯化亚锡的乙醇溶液中，放入磁力搅拌机搅拌30min。逐滴滴加4～5ml去离子水，每隔15min测其pH值，用氨水控制混合液pH值为9.0。混合液在磁力搅拌机下搅拌2h后，静置、室温陈化24h。将陈化后的凝胶，加入2～3倍体积的蒸馏水，在超声波分散仪中分散30min，再用真空抽滤机过滤洗涤2次，同样的方法用乙醇洗涤过滤1次。将过滤好的样品在100℃下烘12h，使其充分干燥，制得复合氧化物前驱体。将制好的前驱体在500℃焙烧3h，随炉自然冷却即得到SnO₂∶TiO₂＝1∶1(摩尔比)的纳米复合材料。此种材料有较好的掺杂特性，能有效的改善氧化锡的导电性能，在抗静电方面将会有更好的应用。

2.锡盐为四氯化锡(SnCl₄)，取26.05g，溶于60ml的无水乙醇中，超声波分散仪中分散30min。钛盐为四氯化钛(TiCl₄)，取1.89g，倒入100ml烧杯中分散溶解，其余条件同上，得到SnO₂∶TiO₂＝10∶1(摩尔比)的纳米复合材料。实验表明，此种掺杂材料的前驱体在350℃热处理后，表现出超强的光催化性能，比纯的锐钛矿型氧化钛高出数十倍，在光催化方便将会有很广泛的应用。

3.锡盐为氯化亚锡(SnCl₂·2H₂O)，取2.25g，溶于60ml的无水乙醇中，超声波分散仪中分散30min。钛盐为四氯化钛(TiCl₄)，取18.98g，倒入100ml烧杯中，其余条件同上，得到SnO₂∶TiO₂＝1∶10(摩尔比)的纳米复合材料。此掺杂材料能改善SnO₂的敏感性能，提高其传感性，将会在传感器方面有较广的应用。

4.根据钛/锡摩尔比改变所需不同试剂所需的量，用上述相同的方法和过程可制得纯SnO₂、纯TiO₂以及不同摩尔比例(SnO₂∶TiO₂＝1∶50～50∶1)的SnO₂/TiO₂纳米复合材料。

Claims (2)

1.一种制备二氧化锡/二氧化钛纳米复合材料的方法，其特征在于：采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛与二氧化锡复合前驱体，前驱体经研磨后高温焙烧得到各种摩尔比例的纳米复合材料，具体的工艺过程及条件为：

取一定量的锡盐，与无水乙醇混合，超声波分散；然后将钛盐溶液加入上述锡盐溶液中，磁力搅拌，搅拌过程中加去离子水使其水解，并不断加入氨水调节溶液pH值为碱性，搅拌制得的溶胶在室温下陈化成凝胶，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤、过滤、烘干，得SnO₂/TiO₂纳米复合材料的前驱体；

前驱体经过研磨后在450～600℃下焙烧2～4h。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的钛盐有：四氯化钛、硫酸钛或钛醇盐；所述的锡盐有：氯化亚锡、四氯化锡或锡酸钠。

Images