CN101723438B - 一种锑掺杂氧化锡纳米微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种锑掺杂氧化锡纳米微球的制备方法，包括：称取锑和锡的摩尔比为5～15∶100的锑盐和锡盐，用无水乙醇溶解，加入锡盐和锑盐总重量2～5％的十二烷基苯磺酸钠，然后加入30～50ml乙二醇溶液，混合均匀得到反应溶液；将反应溶液放入反应釜中，在150～190℃反应10～18h，自然冷却至室温得到产物；将产物离心分离，用去离子水洗涤，无水乙醇洗涤1～3次，产物在40～80℃烘干6～24h得到由粒径为5～10nm的ATO纳米晶聚集而成的直径为80～120nm的ATO纳米微球。本发明制备工艺简单，易于实现工业化生产，制备的ATO纳米微球纯度高，粒径小，组分均匀，分散性好。
Description
技术领域
本发明属纳米材料制备领域，特别是涉及一种锑掺杂氧化锡纳米微球的制备方法。
背景技术
氧化锡本身不具有导电性，通过锑等掺杂之后的电子空穴或载流子的作用，使之具有特异的光电性能和气敏性能。锑掺杂氧化锡(ATO)广泛应用于智能窗、显示器件的透明电极、太阳能电池、电池的阴极材料、超细过滤膜材料、显示器件的三防材料、抗静电材料等方面。
鉴于ATO纳米粉体在许多领域都有广泛的应用，国内外有很多生产和科研单位都在从事这方面的研究，但目前都还处于初级阶段。对于ATO纳米粉体在应用中的要求，不仅需要纯度高，而且要满足粒径小、分散性好，所以需要加强ATO纳米粉体制备工艺方面的研究。制备ATO纳米粉体的方法很多，可分为物理法、化学法和物理化学法。按物质的原始状态可分为固相法、液相法和气相法。如：机械混合法、喷雾热解法、化学沉淀法、溶胶凝胶法、水热法和微乳法等。C.W.Fu等人在Chinese Physics B，1107，17，(2008)上用共沉淀法制备了ATO纳米颗粒，并对其热辐射性进行了研究。共沉淀法主要是团聚现象不可避免，且形成的颗粒也比较大，所以不能很好的满足ATO纳米粉体在应用的颗粒小分散性好的要求。Y.D.Wang等在Chemistry of Materials，3202，21，(2009)上用溶胶凝胶法将SnCl4和Sb(OC2H5)3为原料制备了高结晶、粒径小的纳米ATO，与锂离子发生氧化还原反应，在锂离子电池中有很好的应用。但是溶胶凝胶法最大的问题是所使用的原材料价格贵，不适合于大规模的生产。J.R.Zhang等人在Materials Chemistry and Physics，10，87，(2004)上用水热法制备了具有高比表面的ATO纳米粉体。水热法能制备出粒径小、分散性好的纳米颗粒，且由于是密闭系统，有利于有毒体系的制备。J.C.Guo等人在The Journal of PhysicalChemistry B，7095，109，(2005)上对用共沉淀法制备了ATO，对其吸波性能进行了研究，结果表明纳米ATO在吸波领域也有很好的发展前景。由此可见，合成ATO纳米粉体的方法不同，所生成的产物的形貌及性能有差别，而其中粒度和形貌的控制一直是人们研究的热点。相比其他方法，溶剂热法具有合成温度低、粉体纯度高、一次性合成产品并且可以通过溶剂来控制形貌的优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种锑掺杂氧化锡纳米微球的制备方法，该方法制备简单，易于实现工业化生产，制备的ATO纳米微球纯度高，粒径小，组分均匀，分散性好。
一种锑掺杂氧化锡纳米微球的制备方法，包括：
(1)在室温下，称取锑和锡的摩尔比为5～15∶100的锑盐和锡盐，用无水乙醇溶解，加入锡盐和锑盐总重量2～5％的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，然后加入30～50ml乙二醇溶液，混合均匀得到反应溶液；
(2)将步骤(1)中的反应溶液放入反应釜中，在150～190℃反应10～18h，自然冷却至室温得到产物；
(3)将产物离心分离，转速为6000～8000rpm，时间为3～20min，用去离子水洗涤，无水乙醇洗涤1～3次，产物在40～80℃烘干6～24h后得到由粒径为5～10nm的ATO纳米晶聚集而成的直径为80～120nm的ATO纳米微球。
所述步骤(1)中的锑盐为氯化锑、硝酸锑、醋酸锑或硫酸锑，优选氯化锑。
所述步骤(1)中的锡盐为氯化锡、硝酸锡、醋酸锡或硫酸锡，优选氯化锡。
所述步骤(2)反应溶液的体积为反应釜容积的1/2～4/5。
有益效果
(1)本发明以乙二醇作为溶剂，并加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，采用溶剂热法制备得到了由粒径为5～10nm的ATO纳米晶聚集而成的ATO纳米微球，纳米微球直径为80～120nm且纯度高，组分均匀，分散性好。
(2)合成工艺和所需生产设备简单，易于实现工业化生产。
附图说明
图1为ATO纳米微球的X射线衍射图
图2.为ATO纳米微球的透射电镜照片
图3为ATO纳米微球的高分辨透射电镜照片
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
称取0.2854g氯化锑、3.5768g五水氯化锡在烧杯中溶解于少量无水乙醇中，加入0.08gSDBS，再加入30ml乙二醇溶液，混合均匀。把该反应溶液转移到反应釜中，于150℃下反应18小时，取出反应釜冷却至室温得到产物。将产物在转速为6000rpm离心分离20min，用去离子水洗涤至无Cl-为止，用无水乙醇洗涤1次，产物在40℃下烘干24h，得到ATO纳米粉体。图1为本实施例制备的ATO纳米粉体的XRD图，可以看出合成的粉体是四方晶相的SnO2，无任何杂质相存在，说明Sb3+已经很好的掺杂到SnO2中，经谢乐公式计算晶粒尺寸为7.11nm；电子衍射能谱(EDS)测试表明：合成材料中含有锡、锑、氧三种元素，由于锡原子与锑原子的半径相近，反应后部分锑原子取代了氧化锡晶格中的锡原子，从而形成锑掺杂的二氧化锡。图2为本实施例制备的ATO纳米粉体的高分辨透射电镜照片，可以看出：粒径为5～10nm的ATO纳米晶聚集在一起，形成了纳米微球。图3为本实施例制备的ATO纳米粉体的透射电镜照片，可以看出：合成粉体为直径为80～120nm的均匀微球，具有良好分散性。
实施例2
称取0.2206g硝酸锑、3.4796g硝酸锡在烧杯中溶解于少量无水乙醇中，加入0.10gSDBS，再加入35ml乙二醇溶液，混合均匀。把该反应溶液转移到反应釜中，于160℃下反应16小时，取出反应釜冷却至室温得到产物。将产物在转速为6500rpm离心分离15min，用去离子水洗涤至无NO3 -为止，用无水乙醇洗涤1次，产物在50℃下烘干18h，得到ATO纳米粉体。XRD测试结果表明：合成的粉体是四方晶相的SnO2，无任何杂质相存在，说明Sb3+已经很好的掺杂到SnO2中，经谢乐公式计算晶粒尺寸为9.75nm；电子衍射能谱(EDS)测试表明：合成材料中含有锡、锑、氧三种元素，由于锡原子与锑原子的半径相近，反应后部分锑原子取代了氧化锡晶格中的锡原子，从而形成锑掺杂的二氧化锡。透射电镜观察表明：粉体由粒径为5～10nm的ATO纳米晶聚集在一起，形成了直径为80～120nm的均匀纳米微球，具有良好分散性。
实施例3
称取0.2399g醋酸锑、3.5603g醋酸锡在烧杯中溶解于少量无水乙醇中，加入0.11gSDBS，再加入40ml乙二醇溶液，混合均匀。把该反应溶液转移到反应釜中，于170℃下反应14小时，取出反应釜冷却至室温得到产物。将产物在转速为7000rpm离心分离10min，用去离子水洗涤至无CH3COO-为止，用无水乙醇洗涤2次，产物在60℃下烘干12h，得到ATO纳米粉体。XRD测试结果表明：合成的粉体是四方晶相的SnO2，无任何杂质相存在，说明Sb3+已经很好的掺杂到SnO2中，经谢乐公式计算晶粒尺寸为8.98nm；电子衍射能谱(EDS)测试表明：合成材料中含有锡、锑、氧三种元素，由于锡原子与锑原子的半径相近，反应后部分锑原子取代了氧化锡晶格中的锡原子，从而形成锑掺杂的二氧化锡。透射电镜观察表明：粉体由粒径为5～10nm的ATO纳米晶聚集在一起，形成了直径为80～120nm的均匀纳米微球，具有良好分散性。
实施例4
称取0.8348g硫酸锑、3.0655g硫酸锡在烧杯中溶解于少量无水乙醇中，加入0.13gSDBS，再加入45ml乙二醇溶液，混合均匀。把该反应溶液转移到反应釜中，于180℃下反应12小时，取出反应釜冷却至室温得到产物。将产物在转速为8000rpm离心分离5min，用去离子水洗涤至无SO4 2-为止，用无水乙醇洗涤2次，产物在70℃下烘干10h，得到ATO纳米粉体。XRD测试结果表明：合成的粉体是四方晶相的SnO2，无任何杂质相存在，说明Sb3+已经很好的掺杂到SnO2中，经谢乐公式计算晶粒尺寸为7.58nm；电子衍射能谱(EDS)测试表明：合成材料中含有锡、锑、氧三种元素，由于锡原子与锑原子的半径相近，反应后部分锑原子取代了氧化锡晶格中的锡原子，从而形成锑掺杂的二氧化锡。透射电镜观察表明：粉体由粒径为5～10nm的ATO纳米晶聚集在一起，形成了直径为80～120nm的均匀纳米微球，具有良好分散性。
实施例5
称取0.3294g五水氯化锑、3.5768g氯化锡在烧杯中溶解于少量无水乙醇中，加入0.15gSDBS，再加入50ml乙二醇溶液，混合均匀。把反应溶液转移到反应釜中，于190℃下反应10小时，取出反应釜冷却至室温得到产物。将产物在转速为8000rpm离心分离3min，用去离子水洗涤至无Cl-为止，用无水乙醇洗涤3次，产物在80℃下烘干6h，得到ATO纳米粉体。XRD测试结果表明：合成的粉体是四方晶相的SnO2，无任何杂质相存在，说明Sb3+已经很好的掺杂到SnO2中，经谢乐公式计算晶粒尺寸为5.69nm；电子衍射能谱(EDS)测试表明：合成材料中含有锡、锑、氧三种元素，由于锡原子与锑原子的半径相近，反应后部分锑原子取代了氧化锡晶格中的锡原子，从而形成锑掺杂的二氧化锡。透射电镜观察表明：粉体由粒径为5～10nm的ATO纳米晶聚集在一起，形成了直径为80～120nm的均匀纳米微球，具有良好分散性。
Claims (4)
1.一种锑掺杂氧化锡纳米微球的制备方法，包括：
(1)在室温下，称取锑和锡的摩尔比为5～15∶100的锑盐和锡盐，用无水乙醇溶解，加入锡盐和锑盐总重量2～5％的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，然后加入30～50ml乙二醇溶液，混合均匀得到反应溶液；
(2)将步骤(1)中的反应溶液放入反应釜中，在150～190℃反应10～18h，自然冷却至室温得到产物；
(3)将产物离心分离，转速为6000～8000rpm，时间为3～20min，用去离子水洗涤，无水乙醇洗涤1～3次，产物在40～80℃烘干6～24h后得到由粒径为5～10nm的ATO纳米晶聚集而成的直径为80～120nm的ATO纳米微球。
2.根据权利要求1所述的一种锑掺杂氧化锡纳米微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的锑盐为氯化锑、硝酸锑、醋酸锑或硫酸锑。
3.根据权利要求1所述的一种锑掺杂氧化锡纳米微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的锡盐为氯化锡、硝酸锡、醋酸锡或硫酸锡。
4.根据权利要求1所述的一种锑掺杂氧化锡纳米微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)反应溶液的体积为反应釜容积的1/2～4/5。
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