CN104556193A - 一种采用热辅助溶胶-凝胶法制备 Sm2O3/SnO2 纳米复合物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采用热辅助溶胶-凝胶法制备Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物的方法：将分析纯SmCl₃·6H₂O、SnCl₄·5H₂O和柠檬酸以1:(0.2～2):1的摩尔比溶于适量蒸馏水中，制得溶液A；采用分析纯乙二胺调节溶液A的pH至7～13，充分搅拌0.5～5h至透明溶胶；将溶胶放入恒温水浴箱中加热0.5～5h形成透明凝胶，将凝胶放入恒温干燥箱中，在100～200℃下反应3～12h，反应结束后将干凝胶放入坩埚中，置于马弗炉中于500～800℃下煅烧0.5～5h，即得Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物。该反应的工艺设备简单，能耗低，所得粉体纯度高、均匀性好、粒径小，安全性好。

Description

一种采用热辅助溶胶-凝胶法制备 Sm2O3/SnO2 纳米复合物的方法

【技术领域】

本发明涉及纳米半导体复合材料制备领域，具体涉及一种制备Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物的方法。

【背景技术】

Sm₂O₃是一种具有4f电子结构的宽禁带金属氧化物，常温下禁带宽度为4-6eV，Sm₂O₃晶体具有三种晶型，当温度高于850℃时，单斜晶相转变为立方晶相，在2000℃左右转变为六方晶相，属于多晶相转化的氧化物，Sm₂O₃具有高的电阻率，高的介电常数，高的化学稳定性和热稳定性等性能，具有优越的电学、光学和磁学性能，广泛应用于陶瓷电容器、汽车尾气处理、催化剂和医学等方面；另外，纳米Sm₂O₃还具有核性质，可用作原子能反应堆的结构材料、屏蔽材料和控制材料等领域。

SnO₂具有四方晶系(金红石结构)和正交晶系两种晶体结构，其中正交相极不稳定，只能在高温条件下存在,正常情况下的SnO₂晶体都是属于金红石结构。纯SnO₂晶体无色透明，是一种重要的宽带隙的n型半导体材料。禁带宽度为3.65eV，由于Sn的电子亲和力较小,，SnO₂晶体中存在较多的氧空位，因而具有n型半导体特性。纳米SnO₂具有量子尺寸效应，因而可以具有更宽的禁带宽度，Senthilkumar等人证明纳米SnO₂颗粒尺寸越小，禁带宽度越大，最高可高达4.26eV。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种采用热辅助溶胶-凝胶法制备Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物的方法，该方法的反应介质为有机金属醇盐溶液，易实现多组分的均匀掺杂，且工艺简单。溶胶-凝胶法的最大优点在于易实现多组分的均匀掺杂，且工艺简单，无需洗涤，此外还有粉体纯度高、均匀性好、粒径小等优势，利于形成形貌均匀的Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种采用热辅助溶胶-凝胶法制备Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物的方法，包括以下步骤：

1)将分析纯SmCl₃·6H₂O、SnCl₄·5H₂O和柠檬酸以1:(0.2～2):1的摩尔比溶于溶剂中制得Sn⁴⁺摩尔浓度为0.088～0.18mol/L的溶液A；

2)在磁力搅拌下调节溶液A的pH至7～13，继续搅拌1～2h形成透明溶胶；

3)将溶胶放入恒温水浴箱中加热形成透明凝胶；

4)将凝胶放入恒温干燥箱中，在100～200℃下反应3～12h；

5)将干凝胶放入坩埚，置于马弗炉中于500～800℃下煅烧0.5～5h，即得Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物。

步骤1)中采用分析纯氢氧化钠调节pH值。

步骤3)中加热0.5～5h形成透明凝胶。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明以热辅助溶胶凝胶法制备Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物，利用氢氧化钠调节反应体系的pH，磁力搅拌得到透明溶胶，恒温水浴箱加热形成透明凝胶，恒温干燥箱干燥形成干凝胶，马弗炉中于煅烧即得Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物。该反应的工艺设备简单，能耗低，所得粉体纯度高、均匀性好、粒径小，且该反应在常压下进行，以有机金属醇盐做为反应溶液，安全性好，可行性强，所以非常经济、实用，具有很好的工业化前景。

【附图说明】

图1是本发明所制备Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物的SEM图。

【具体实施方式】

实施例1：

1)将0.011mol分析纯的SmCl₃·6H₂O、0.0022mol分析纯的SnCl₄·5H₂O和0.011mol分析纯的柠檬酸以溶于50ml蒸馏水中制得Sn⁴⁺摩尔浓度为0.088mol/L溶液A；

2)在磁力搅拌下采用分析纯氢氧化钠调节溶液A的pH至7，继续搅拌1h形成透明溶胶；

3)将溶胶放入恒温水浴箱中加热0.5h形成透明凝胶；

4)将凝胶放入恒温干燥箱中，在100℃下反应3h；

5)将干凝胶放入坩埚，置于马弗炉中于500℃下煅烧0.5，即得Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物。

实施例2：

1)将0.0048mol分析纯的SmCl₃·6H₂O、0.0024mol分析纯的SnCl₄·5H₂O和0.0048mol分析纯的柠檬酸以溶于50ml蒸馏水中制得Sn⁴⁺摩尔浓度为0.096mol/L溶液A；

2)在磁力搅拌下采用分析纯氢氧化钠调节溶液A的pH至9，继续搅拌1.5h形成透明溶胶；

3)将溶胶放入恒温水浴箱中加热1h形成透明凝胶；

4)将凝胶放入恒温干燥箱中，在150℃下反应5h；

5)将干凝胶放入坩埚，置于马弗炉中于600℃下煅烧1h，即得Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物。

实施例3：

1)将0.01mol分析纯的SmCl₃·6H₂O、0.0075mol分析纯的SnCl₄·5H₂O和0.01mol分析纯的柠檬酸以溶于50ml蒸馏水中制得Sn⁴⁺摩尔浓度为0.15mol/L的溶液A；

2)在磁力搅拌下采用分析纯氢氧化钠调节溶液A的pH至10，继续搅拌1.5h形成透明溶胶；

3)将溶胶放入恒温水浴箱中加热3h形成透明凝胶；

4)将凝胶放入恒温干燥箱中，在150℃下反应8h；

5)将干凝胶放入坩埚，置于马弗炉中于700℃下煅烧2.5h，即得Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物。

实施例4：

1)将0.009mol分析纯的SmCl₃·6H₂O、0.009mol分析纯的SnCl₄·5H₂O和0.009mol分析纯的柠檬酸以溶于50ml蒸馏水中制得Sn⁴⁺摩尔浓度为0.18mol/L的溶液A；

2)在磁力搅拌下采用分析纯氢氧化钠调节溶液A的pH至13，继续搅拌1.5h形成透明溶胶；

3)将溶胶放入恒温水浴箱中加热3.5h形成透明凝胶；

4)将凝胶放入恒温干燥箱中，在150℃下反应10h；

5)将干凝胶放入坩埚，置于马弗炉中于750℃下煅烧4h，即得Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物。

实施例5：

1)将0.008mol分析纯的SmCl₃·6H₂O、0.016mol分析纯的SnCl₄·5H₂O和0.008mol分析纯的柠檬酸以溶于100ml蒸馏水中制得Sn⁴⁺摩尔浓度为0.16mol/L的溶液A；

2)在磁力搅拌下采用分析纯氢氧化钠调节溶液A的pH至13，继续搅拌2h形成透明溶胶；

3)将溶胶放入恒温水浴箱中加热5h形成透明凝胶；

4)将凝胶放入恒温干燥箱中，在200℃下反应12h；

5)将干凝胶放入坩埚，置于马弗炉中于800℃下煅烧5h，即得Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物。

图1是本发明所制备Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物的扫描照片，从图中可以看出产物为小颗粒自组装而成的类球状结构。Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物在光催化降解甲基橙中表现了很好的光催化性能，紫外照射30min后，对有机物的降解达到了85％(而单独的Sm₂O₃为12.9％，单独的SnO₂为56.3％)。

不同形貌的复合物，其粒径和表面积都有所差异；从吸附的角度来说，催化剂的活性与被降解物在催化剂上的吸附量有关，粒径的减小，表面积增大，表面原子的配位不全，会使表面原子的活性位增多，这样有利于反应物的吸附增大了反应活性；从光催化反应机理来解释，粒径越小，电子扩的时间越短，其在体内复合的几率越小，电荷的分离效果就越好，催化活性就越高。故制备不同形貌的Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物对其光催化性能的提高有一定的影响；本发明所制备的小颗粒自组装而成的类球状结构的Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物具有较优的光催化性能。

本发明微波水热法所制备的Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物，反应介质为水溶液，安全性高，反应原料易得，可行性强，工艺设备简单。利用磁力搅拌使反应更充分均匀，制得具有较好光催化活性的Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物，纯度高，结晶性强，形貌均匀。

Claims (3)

1.一种采用热辅助溶胶-凝胶法制备Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将分析纯SmCl₃·6H₂O、SnCl₄·5H₂O和柠檬酸以1:(0.2～2):1的摩尔比溶于溶剂中制得Sn⁴⁺摩尔浓度为0.088～0.18mol/L的溶液A；

2)在磁力搅拌下调节溶液A的pH至7～13，继续搅拌1～2h形成透明溶胶；

3)将溶胶放入恒温水浴箱中加热形成透明凝胶；

4)将凝胶放入恒温干燥箱中，在100～200℃下反应3～12h；

5)将干凝胶放入坩埚，置于马弗炉中于500～800℃下煅烧0.5～5h，即得Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物。

2.根据权利要求1所述的一种采用热辅助溶胶-凝胶法制备Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物的方法：其特征在于：步骤1)中采用分析纯氢氧化钠调节pH值。

3.根据权利要求1所述的一种采用热辅助溶胶-凝胶法制备Sm₂O₃/SnO₂纳米复合物的方法：其特征在于：步骤3)中加热0.5～5h形成透明凝胶。