CN101659440A - 二氧化锡纳米线的制备方法 - Google Patents

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张海娇
谈志金
刘刚
焦正
何青泉
张春蕾
王丛
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Abstract

本发明涉及一种二氧化锡纳米线的制备方法，属无机化学和材料合成技术领域。本发明的特点主要是：采用二水氯化亚锡(SnCl2·2H2O)和介孔二氧化硅(SBA－15)为原料，两者的用量按其摩尔质量比即SnO2∶SiO2＝1∶(0.8～2.0)为计量基准；先按已知现有技术方法制取介孔二氧化硅(SBA－15)，该物质作为模板剂参与反应；将SnCl2·2H2O的盐酸水溶液与介孔二氧化硅(SBA－15)混合，于100℃下加热，然后在500～800℃下焙烧2～5小时；得到SnO2/SBA－15粉末；然后放于HF酸溶液中搅拌过夜，除去SiO2；经离心分离、洗涤，最终得到纯相SnO2纳米线。本发明工艺简单，重复性好。所得产物SnO2纳米线的直径为7～8nm。

Description

二氧化锡纳米线的制备方法
技术领域
本发明涉及一种二氧化锡纳米线的制备方法，属无机化学和材料合成技术领域。
背景技术
二氧化锡(SnO2)是一种良好的n型半导体材料，具有广泛的带隙，在室温条件下其带隙为Eg＝3.6eV。此外，它还具有可靠性高、物理化学性质稳定、对气体检测可逆、成本低廉等优点，因此，被广泛的用于气敏性传感器、太阳能电池、催化剂、透明导电电极等领域。目前，人们已对SnO2及其掺杂其它物质的SnO2纳米颗粒和薄膜相关的物理、光学及其电化学性质进行了广泛的研究。
近年来，随着纳米科技的发展，研究者们已经制备出了多种一维的SnO2纳米材料，例如纳米线、纳米棒，纳米带，纳米管等。其中SnO2纳米线由于其独特的形貌以及直径和长短的可控性，引起了人们了极大的兴趣。目前文献报道关于制备SnO2纳米线的方法主要有：高温化学蒸汽沉积法(800-1200℃)，激光消融法、液相法、模板法以及碳热还原法等。以上这些制备方法不可避免地都存在着一些问题，例如高温化学蒸汽沉积法虽然方法相对比较成熟，但存在合成的温度比较高且反应条件苛刻的问题；而模板法由于大多采用的是一些软模板，对反应条件的要求比较高，且受外界条件影响很大，故重复性和稳定性都存在一定问题。另外，采用以上方法制备的二氧化锡纳米线直径通常都比较大，一般都在100nm以上，而且合成的纳米线直径分布也不均匀。鉴于此，本发明首次采用介孔二氧化硅材料(SBA-15)作为硬模板来制备SnO2纳米线，合成条件温和，操作简单，且重复性好。通过此法制备的SnO2纳米线的直径一般在7-8nm左右，长短可控，且在气敏性传感器和电化学方面有着良好的应用前景，可以批量制备生产，这非常适合工业化应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种二氧化锡纳米线的制备方法。
本发明一种二氧化锡纳米线的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：
a.按现有已知技术方法制备介孔二氧化硅(SBA-15)
将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的盐酸水溶液中，搅拌直至P123完全溶解，接着加入正硅酸乙酯(TEOS)，于40℃水浴中加热20小时；然后将该混合物在90℃温度下晶化48小时；最后将固体产物过滤、洗涤、烘干，并在550℃空气气氛中焙烧6小时，得到介孔二氧化硅(SBA-15)；
b.二氧化锡纳米线的制备
(1)、采用电子天平称取一定量的二水氯化亚锡(SnCl2·2H2O)和上述制得的介孔二氧化硅(SBA-15)；两者的用量按其摩尔质量比即SnO2∶SiO2＝1∶(0.8～2.0)为计量基准；
(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℃温度下活化1小时，得活化的介孔二氧化硅(SBA-15)；
(3)、将一定量的SnCl2·2H2O溶于0.2mol/L的盐酸水溶液中，并不断搅拌30分钟；然后将上述活化的介孔二氧化硅(SBA-15)加入到SnCl2·2H2O的盐酸溶液中，并不断搅拌12小时；
(4)、将上述混合物溶液于100℃下加热，将溶剂蒸发掉，然后将其放在马弗炉中，在500～800℃下焙烧2～5小时，得到SnO2/SBA-15复合物粉末；
(5)、将上述SnO2/SBA-15复合物粉末加入到浓度为5～15％的HF酸溶液中，不断搅拌，过夜；然后进行离心分离，并用去离子水和乙酸洗涤多次，烘后即得到纯相的二氧化锡(SnO2)纳米线。
本发明的特点和机理叙述如下：本发明过程中将SnCl2·2H2O容于0.2mol/L的HCl溶液中，是为了防止SnCl2水解，经充分搅拌使SnCl2均匀分散在HCl溶液中；然后通过焙烧的方法将SnCl2氧化为2nO2；最后采用5～15％的HF酸除去SiO2，从而得到SnO2纳米线产物。本发明中加入介孔二氧化硅(SBA-15)，其作为模板剂，使SnCl2均匀地进入介孔二氧化硅的细微孔道中，最后通过焙烧形成直径为7～8nm的均一的SnO2纳米线。
本发明工艺简单，制备条件温和，重复性好。该产物SnO2纳米线可用于气敏性传感器和电化学方面的元件材料。
附图说明
图1为本发明中SnO2/SBA-15复合物的XRD谱图。
图2为本发明中所得产物SnO2纳米线的XRD谱图。
图3为本发明中SnO2/SBA-15复合物的透射电镜(TEM)照片图。
图4为本发明中所得SnO2纳米线的透射电镜(TEM)照片图。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例：本实施例中的制备过程和步骤如下所述：
1、按现有已知技术方法制备介孔二氧化硅(SBA-15)
将定一量的三嵌段高聚物HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20H，也即(EO20-PO70-EO20)，(简写成P123)加入到1.6mol/L的盐酸水溶液中，搅拌直至P123完全溶解，接着加入正硅酸乙酯(TEOS)，于40℃水浴中加热20小时；然后将该混合物在90℃温度下晶化48小时；最后将固体产物过滤、洗涤、烘干，并在550℃空气气氛中焙烧6小时，得到介孔二氧化硅(SBA-15)；
(该现有已知技术方法可参考期刊文献：Science，1998，279，548-552。)
2、SnO2纳米线的制备
(1)采用电子天平按SnO2∶SiO2(mol质量比)＝1∶1.5称取二水合氯化亚锡(SnCl2·2H2O)和焙烧过的介孔二氧化硅(SBA-15)材料，配置0.2mol/L的HCl溶液。将称取的SBA-15置于真空干燥箱中，在100℃下活化1小时，将SnCl2·2H2O溶解于配置好的0.2mol/L的HCl溶液中，搅拌30分钟，将活化的SBA-15加入到上述溶液中继续搅拌12小时；
(2)将上述步骤得到的混合液，在100℃下蒸干，得到SnO2/SBA-15复合物；
(3)将上述所得合物放入马弗炉中，在700℃煅烧3小时后，得到淡黄色的SnO2/SBA-15粉末样品；
(4)将上述步骤得到的SnO2/SBA-15粉末样品加入到10％HF溶液中搅拌过夜，进行离心分离，并用去离子水和乙醇洗涤数次，最终得到纯相的SnO2纳米线。
对本实施例中所得产物的XRD、TEM的仪器检测
本实施例中所得的中间产物SnO2/SBA-15复合物和最终产物SnO2纳米线的XRD和TEM检测结果可参见附图。
参见附图，图1为本发明中所得SnO2/SBA-15复合物的XRD谱图。XRD分析是在日本RigaKu D/max-2550型X射线衍射仪上进行；采用CuKa衍射。从中可知，SnO2衍射峰的位置与文献报道的相一致(JCPDS No.41-1445)，证明SnO2成功负载到SBA-15上，并且通过小角度扫描发现SBA-15仍保持了很好的有序孔道结构。
参见附图，图2为本发明中所得产物SnO2纳米线的XRD图谱。由此可知，SnO2衍射峰位置与文献报道相一致，证明得到的是纯相的SnO2材料。
参见附图，图3为本发明中所得SnO2/SBA-15复合物的透射电镜(TEM)照片图。TEM分析：采用日本电子株式会社JSM-2010F型透射电子显微镜观察材料形貌。从TEM图片可以看到，在合成SnO2/SBA-15复合物的过程中SBA-15保持了很好的有序孔道结构，且SnO2纳米线均匀有序的分布在SBA-15的孔道内，此结果与XRD谱图相吻合。
参见附图，图4为本发明中所得产物SnO2纳米线的透射电镜(TEM)照片图。从中可知，去除SBA-15模板之后，得到了直径在7-8nm的SnO2纳米线。

Claims (1)

1、一种二氧化锡纳米线的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：
a.按现有已知技术方法制备介孔二氧化硅(SBA-15)
将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的盐酸水溶液中，搅拌直至P123完全溶解，接着加入正硅酸乙酯(TEOS)，于40℃水浴中加热20小时；然后将该混合物在90℃温度下晶化48小时；最后将固体产物过滤、洗涤、烘干，并在550℃空气气氛中焙烧6小时，得到介孔二氧化硅(SBA-15)；
b.二氧化锡纳米线的制备
(1)、采用电子天平称取一定量的二水氯化亚锡(SnCl2·2H2O)和上述制得的介孔二氧化硅(SBA-15)；两者的用量按其摩尔质量比即SnO2∶SiO2＝1∶(0.8～2.0)为计量基准；
(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℃温度下活化1小时，得活化的介孔二氧化硅(SBA-15)；
(3)、将一定量的SnCl2·2H2O溶于0.2mol/L的盐酸水溶液中，并不断搅拌30分钟；然后将上述活化的介孔二氧化硅(SBA-15)加入到SnCl2·2H2O的盐酸溶液中，并不断搅拌12小时；
(4)、将上述混合物溶液于100℃下加热，将溶剂蒸发掉，然后将其放在马弗炉中，在500～800℃下焙烧2～5小时，得到SnO2/SBA-15复合物粉末；
(5)、将上述SnO2/SBA-15复合物粉末加入到浓度为5～15％的HF酸溶液中，不断搅拌，过夜；然后进行离心分离，并用去离子水和乙酸洗涤多次，烘后即得到纯相的二氧化锡(SnO2)纳米线。
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