CN101209856B - 模板法结合水热条件合成氧化锡纳米晶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种模板法结合水热条件合成氧化锡纳米晶的方法。把锡源和模板剂加入水中溶解，加入正己烷，然后加入碱性物质的水溶液，在室温条件下在烧杯中反应10分钟-60分钟或者在120℃-180℃条件下在高压釜中反应12h-72h，得到氧化锡纳米晶。本发明整个材料的制备方法具有反应条件温和，方法简便易行的特点，且制备周期短，因而易于放大制备。通过调节反应时间、反应温度、碱的量、反应物浓度可以制备不同尺寸的球状、带状氧化锡纳米晶。
Description
技术领域
本发明属于模板法结合水热条件合成氧化锡纳米晶的方法。
背景技术
二氧化锡是一种宽带隙的n型半导体(Eg＝3.5eV，300K)，可以作为气敏材料、湿敏材料、压敏材料和光敏材料使用。在气体传感器、催化剂、锂离子二次电池、燃料电池、太阳能电池和场效应晶体管等方面有着重要的应用。近二十年来，随着纳米科学和技术的发展，纳米氧化锡的合成也逐渐开展起来并显示广阔的应用前景(Penny，M.W.et.al.，Charge storage in SnO2 nanoparticles：A method andmechanism for charge writing/erasing，Applied Physics Letters，2007(91)，16)。到目前为止，可以采用多种方法合成氧化锡纳米材料，例如真空蒸发凝胶法、高温热分解法，有机金属化学气相沉积法，或者采用高纯Sn粉为原料，在水辅助条件下高温合成。上述方法所采用的原材料较昂贵，方法设备复杂，反应温度较高，约在500℃以上，能耗很大，不利于一定规模制备氧化锡纳米材料。
发明内容
为了解决传统合成时反应温度高，难于控制纳米晶的尺寸和形状的缺点。本发明提供了一种模板法结合水热条件合成氧化锡纳米晶(SnO2)的方法。把锡源和模板剂加入水中溶解，加入正己烷，然后加入碱性物质的水溶液，在室温条件下在烧杯中反应10分钟-60分钟或者在120℃-180℃条件下在高压釜中反应12h-72h，得到氧化锡纳米晶。
本发明的特点是反应条件温和，制备方法简便易行的特点，且制备周期短，因而易于放大制备。通过调节反应时间、反应温度、碱的量、反应物浓度不同尺寸的球状、带状的氧化锡纳米晶。
本发明提供的一种有机配体包覆的氧化锡纳米晶的制备方法有如下两个。
本发明的第一个方法的步骤和条件为：
采用的锡源为氯化亚锡(SnCl2·2H2O)；
采用的表面活性剂模板为：十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)；
碱性物质为：叔丁胺或氢氧化钾；
配制表面活性剂水溶液，保持CTAB的浓度范围为0.0025mol/L～0.01mol/L，并将环己烷加入到CTAB的水溶液中，保持环己烷∶CTAB摩尔比为0.37∶1-0.18∶1，随后加入配置的氯化亚锡水溶液，保持锡源水溶液的浓度范围为0.0125mol/L～0.05mol/L，得到混合溶液；然后把混合溶液超声震荡10分钟，保持氯化亚锡∶CTAB的摩尔比为20∶-1.25∶1，随后边超声震荡，边滴加碱性物质的水溶液，保持水溶液中碱性物质的浓度范围为0.025mol/L～0.01mol/L，滴加完毕，继续超声震荡10分钟-60分钟，整个反应在室温下，进行得到不透明的白色胶体溶液；
将白色胶体溶液中加入甲醇，保持甲醇体积为胶体溶液的0.1倍到1倍，得到白色沉淀，即氧化锡纳米晶。
本发明的第二个方法的步骤和条件为：
把本发明的第一个方法得到的不透明的白色胶体溶液，转移到高压釜中在120℃-180℃条件下反应12h-72h，压力在1MPa-10Mpa，反应后自然冷却或者水冷，将所得物质进行离心分离，可得到白色的氧化锡纳米晶。第二种方法经过高温高压，可以得到更为完善的纳米晶。
本发明的氧化锡纳米晶的X射线衍射图如图1所示。其透射电镜如图2所示。
有益效果：
本发明的特点是反应条件温和，制备方法简便易行的特点，且制备周期短，因而易于放大制备。通过调节反应时间、反应温度、碱的量、反应物浓度不同尺寸的球状、带状的氧化锡纳米晶。
附图说明
图1是氧化锡纳米晶的X射线衍射图。
图2是氧化锡纳米晶的透射电镜图。
具体实施方式
实施例1：球状氧化锡纳米晶的制备：
配制新鲜的0.0025mol/L表面活性剂(CTAB)水溶液10mL，并加入环己烷，保持环己烷∶CTAB摩尔比为0.25∶1，置于100mL烧杯中，随后加入新配置的0.0125mol/L的氯化亚锡水溶液20mL。然后将混合溶液置于100mL烧杯中并超声震荡10分钟，然后边超声震荡，边滴加0.1mol/L的叔丁胺水溶液10mL。滴加完毕，继续超声震荡10分钟。整个反应在室温下进行，得到不透明的白色胶体溶液。将白色胶体溶液中加入甲醇，得到白色沉淀，为球状氧化锡纳米晶，可以通过超声波作用再次分散在甲醇中，并可以通过离心再次从甲醇中沉淀出来。
实施例2：带状氧化锡纳米晶的制备：
配制新鲜的0.02mol/L表面活性剂(CTAB)水溶液10mL，并加入环己烷，保持环己烷∶CTAB摩尔比为0.18∶1，置于烧杯中，随后加入新配置的0.05mol/L的氯化亚锡水溶液10mL。然后将混合溶液置于100mL烧杯中并超声震荡10分钟，然后边超声震荡，边滴加0.5mol/L的叔丁胺水溶液10mL。滴加完毕，继续超声震荡20分钟。整个反应在室温下进行，得到不透明的白色胶体溶液。将白色胶体溶液中加入20mL甲醇，得到白色沉淀，为球状氧化锡纳米晶，并有少量带状纳米晶。将白色胶体溶液，转移到高压釜中在180℃条件下于高压釜中反应72h，压力在1MPa-10MPa。反应后水冷，得到带状的氧化锡纳米晶。
实施例3：带状氧化锡纳米晶的制备：
配制新鲜的0.005mol/L表面活性剂(CTAB)水溶液15mL，并加入环己烷，保持环己烷∶CTAB摩尔比为0.28∶1，置于烧杯中，随后加入新配置的0.05mol/L的氯化亚锡水溶液30mL。然后将混合溶液置于100mL烧杯中并超声震荡10分钟，然后边超声震荡，边滴加2mol/L的氢氧化钾水溶液15mL。滴加完毕，继续超声震荡60分钟。整个反应在室温下进行，得到不透明的白色胶体溶液。将白色胶体溶液中加入10mL甲醇，得到白色沉淀，为球状氧化锡纳米晶，并有少量带状纳米晶。把白色胶体溶液，转移到高压釜中在120℃条件下于高压釜中反应12h，压力在1MPa-10MPa。反应后自然冷却，得到带状的氧化锡纳米晶。
实施例4：球状氧化锡纳米晶的制备：
配制新鲜的0.005mol/L表面活性剂(CTAB)水溶液10mL，并加入环己烷，保持环己烷∶CTAB摩尔比为0.1∶1，置于烧杯中，随后加入新配置的0.05mol/L的氯化亚锡水溶液5mL。然后将混合溶液置于100mL烧杯中并超声震荡10分钟，然后边超声震荡，边滴加0.15mol/L的叔丁胺水溶液25mL。滴加完毕，继续超声震荡50分钟。整个反应在室温下进行，得到不透明的白色胶体溶液。将白色胶体溶液中加入5mL甲醇，得到白色沉淀，为球状氧化锡纳米晶。
实施例5：球状氧化锡纳米晶的制备
配制新鲜的0.005mol/L表面活性剂(CTAB)水溶液20mL，并加入环己烷，保持环己烷∶CTAB摩尔比为0.37∶1，置于烧杯中，随后加入新配置的0.08mol/L的氯化亚锡水溶液30mL。然后将混合溶液置于100mL烧杯中并超声震荡10分钟，然后边超声震荡，边滴加1mol/L的氢氧化钾水溶液5mL。滴加完毕，继续超声震荡10分钟。整个反应在室温下进行，得到不透明的白色胶体溶液。把白色胶体溶液，转移到高压釜中在180℃条件下于高压釜中反应12h，压力在1MPa-10MPa。反应后自然冷却，将所得物质进行离心分离，得到少量球状的氧化锡纳米晶。
Claims (5)
1.模板法结合水热条件合成球状氧化锡纳米晶的方法，其特征在于其步骤和条件为：
配制新鲜的0.0025mol/L表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵CTAB水溶液10mL，并加入环己烷，保持环己烷∶CTAB摩尔比为0.25∶1，置于100mL烧杯中，随后加入新配置的0.0125mol/L的氯化亚锡水溶液20mL，然后将混合溶液置于100mL烧杯中并超声震荡10分钟，然后边超声震荡，边滴加0.1mol/L的叔丁胺水溶液10mL，滴加完毕，继续超声震荡10分钟，整个反应在室温下进行，得到不透明的白色胶体溶液，将白色胶体溶液中加入甲醇，得到白色沉淀，为球状氧化锡纳米晶。
2.模板法结合水热条件合成带状氧化锡纳米晶的方法，其特征在于其步骤和条件为：
配制新鲜的0.02mol/L表面活性剂CTAB水溶液10mL，并加入环己烷，保持环己烷∶CTAB摩尔比为0.18∶1，置于烧杯中，随后加入新配置的0.05mol/L的氯化亚锡水溶液10mL，然后将混合溶液置于100mL烧杯中并超声震荡10分钟，然后边超声震荡，边滴加0.5mol/L的叔丁胺水溶液10mL，滴加完毕，继续超声震荡20分钟，整个反应在室温下进行，得到不透明的白色胶体溶液，将白色胶体溶液中加入20mL甲醇，得到白色沉淀，为球状氧化锡纳米晶，并有少量带状纳米晶，将白色胶体溶液，转移到高压釜中在180℃条件下于高压釜中反应72h，压力在1MPa-10MPa，反应后水冷，得到带状的氧化锡纳米晶。
3.模板法结合水热条件合成带状氧化锡纳米晶的方法，其特征在于其步骤和条件为：
配制新鲜的0.005mol/L表面活性剂CTAB水溶液15mL，并加入环己烷，保持环己烷∶CTAB摩尔比为0.28∶1，置于烧杯中，随后加入新配置的0.05mol/L的氯化亚锡水溶液30mL，然后将混合溶液置于100mL烧杯中并超声震荡10分钟，然后边超声震荡，边滴加2mol/L的氢氧化钾水溶液15mL，滴加完毕，继续超声震荡60分钟，整个反应在室温下进行，得到不透明的白色胶体溶液，把白色胶体溶液，转移到高压釜中在120℃条件下于高压釜中反应12h，压力在1MPa-10MPa，反应后自然冷却，得到带状的氧化锡纳米晶。
4.模板法结合水热条件合成球状氧化锡纳米晶的方法，其特征在于其步骤和条件为：
配制新鲜的0.005mol/L表面活性剂CTAB水溶液10mL，并加入环己烷，保持环己烷∶CTAB摩尔比为0.1∶1，置于烧杯中，随后加入新配置的0.05mol/L的氯化亚锡水溶液5mL，然后将混合溶液置于100mL烧杯中并超声震荡10分钟，然后边超声震荡，边滴加0.15mol/L的叔丁胺水溶液25mL，滴加完毕，继续超声震荡50分钟，整个反应在室温下进行，得到不透明的白色胶体溶液，将白色胶体溶液中加入5mL甲醇，得到白色沉淀，为球状氧化锡纳米晶。
5.模板法结合水热条件合成球状氧化锡纳米晶的方法，其特征在于其步骤和条件为：
配制新鲜的0.005mol/L表面活性剂CTAB水溶液20mL，并加入环己烷，保持环己烷∶CTAB摩尔比为0.37∶1，置于烧杯中，随后加入新配置的0.08mol/L的氯化亚锡水溶液30mL，然后将混合溶液置于100mL烧杯中并超声震荡10分钟，然后边超声震荡，边滴加1mol/L的氢氧化钾水溶液5mL，滴加完毕，继续超声震荡10分钟，整个反应在室温下进行，得到不透明的白色胶体溶液，把白色胶体溶液，转移到高压釜中在180℃条件下于高压釜中反应12h，压力在1MPa-10MPa，反应后自然冷却，将所得物质进行离心分离，得到少量球状的氧化锡纳米晶。
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