CN1792812A - 一种尖晶石锡酸锌纳米杆的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种尖晶石锡酸锌(Zn2SnO4)纳米杆的合成方法，该法用水合肼代替氢氧化钠或氨水做为矿化剂，分别采用氯化锌和氯化锡为锌源和锡源，实现了2～5纳米超细尖晶石锡酸锌纳米杆的水热合成。不用于常规的以氢氧化钠或氨水为矿化剂的水热合成方法，本发明提出的水热工艺利用水合肼与氯化锌和氯化锡形成配位化合物的特点，且该配位化合物在水热过程缓慢转变为尖晶石锡酸锌纳米杆，达到很好控制产物尺寸和形貌的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种尖晶石锡酸锌纳米杆的合成方法。
背景技术
由于优异的性能和众多潜在的应用，二元氧化物中的氧化锌和氧化锡的纳米结构已成为了纳米科技的研究热点。它们的三元氧化物——尖晶石锡酸锌(Zn2SnO4，简称ZTO)也是宽禁带半导体(禁带宽度约3.6eV)，由于其具有很高的电子迁移率、高的导电性和低的可见吸收，使得它在太阳能薄膜、可燃性气体探测、湿敏器件、光催化和电子陶瓷等众多领域都有着潜在的应用，ZTO的纳米结构很可能具有比氧化锌和氧化锡的纳米结构更好的性能，但目前关于ZTO纳米结构的研究还远远不够。
当纳米结构在某维上的尺寸小于其激子玻尔半径时，纳米结构有可能呈现明显的量子尺寸效应，而多数材料的激子玻尔半径在数纳米到20纳米之间，因此，制备5纳米以下的纳米结构具有特殊的意义。目前，公开报道的ZTO纳米结构的制备方法有：热蒸发法、机械研磨法和高温固态反应法。热蒸发法和高温固态反应法都需要很高的温度(1000℃左右)；机械研磨法只能得到无规则的纳米颗粒，且制备5纳米以下的纳米颗粒非常困难。相对之下，湿化学法具有成本低、操作简单和适合大规模生产的特点，本发明基于水热法提出了一种制备2～5纳米ZTO纳米杆的方法。
传统的水热法采用氢氧化钠或氨水为矿化剂，只能得到微米或亚微米级的尖晶石锡酸锌(J.Fang et al.Mater.Res.Bull.，36，1391(2001))，其过程如下：氢氧化钠或氨水电离出的OH-离子，OH-跟Zn2+和Sn4+离子反应生成Zn(OH)2和Sn(OH)4，Zn(OH)2和Sn(OH)4通过水热反应生成微米或亚微米级的Zn2SnO4。水合肼是一种常用、廉价的化学原料，以水合肼为矿化剂的水热合成过程则不同，具体如下：水热反应前，肼(配位体)与ZnCl2和SnCl4形成配位化合物，该配位物在水热条件下缓慢反应生成ZTO，达到很好控制产物尺寸和形貌的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尖晶石锡酸锌纳米杆的合成方法，是利用水合肼为矿化剂的水热工艺来制备2～5纳米的尖晶石锡酸锌纳米杆，该方法具有简单、廉价和适合大规模生产的特点。
本发明采用的技术方案的步骤如下：将氯化锌和氯化锡按摩尔比2∶1的比例混合，将混合物放入去离子水中搅拌，再加入摩尔数为氯化锡8～12倍的水合肼，此时产生白色浆状的沉淀，即水合肼与氯化锌和氯化锡形成了配位化合物；搅拌1O～30分钟后，把上述配好的水溶液放入高压釜中，填充度为80～90％，在250～300℃温度范围内处理1～200小时，然后将处理好的溶液离心、干燥，就获得尖晶石锡酸锌的纳米杆。
本发明具有的有益效果是：传统的水热法只能得到微米或亚微米级的尖晶石锡酸锌晶体。本发明的最大特点是采用水合肼(N2H4·H2O)来代替氢氧化钠或氨水，实现2～5纳米ZTO纳米杆的合成。肼(配位体)与ZnCl2和SnCl4形成配位化合物，该配位物在水热条件下缓慢反应生成ZTO，达到很好地控制晶体的生长。而且，本发明采用的原料都是廉价的化学药品，整个过程无需任何络合剂或表面活性剂。
附图说明
图1是ZTO纳米杆的XRD图谱；
图2是ZTO纳米杆的透射电镜照片，(a)低倍下的照片及电子衍射；(b)几根纳米杆的照片；(c)单根纳米杆的高分辨照片；
图3是采用氢氧化钠为矿化剂的水热工艺合成的ZTO晶体的透射电镜照片及电子衍射花样。
具体实施方式
实施例1：
将1.7408克氯化锌(ZnCl2，0.0128摩尔)和2.2400克氯化锡(SnCl4·5H2O，0.0064摩尔)放入160毫升去离子水中，再加入2.5600克水合肼(N2H4·H2O，0.0512摩尔)，搅拌10分钟后，把上述配好的溶液放入高压釜的聚四氟乙烯内衬里，内衬容积为200毫升，即填充度为80％。该溶液在250℃下处理24小时，把处理好的溶液离心和干燥，获得2～4纳米的ZTO的纳米杆。图1是ZTO的纳米杆的XRD图谱，跟Zn2SnO4的标准卡片(JCPDS 74-2184)完全吻合。图2是ZTO纳米杆的透射电镜照片，从图2中可以看出所得的产物是2～4纳米的单晶ZTO纳米杆。
实施例2：
将1.7408克氯化锌(ZnCl2，0.0128摩尔)和2.2400克氯化锡(SnCl4·5H2O，0.0064摩尔)放入160毫升去离子水中，再加入2.5600克水合肼(N2H4·H2O，0.0512摩尔)，搅拌10分钟后，把上述配好的溶液放入高压釜的聚四氟乙烯内衬里，内衬容积为200毫升，即填充度为80％。该溶液在300℃下处理24小时，把处理好的溶液离心和干燥，获得3～5纳米的ZTO的纳米杆。可见，水热温度升高，晶体略有长大。但水热温度低250℃时，产物结晶不好。
实施例3：
将1.7408克氯化锌(ZnCl2，0.0128摩尔)和2.2400克氯化锡(SnCl4·5H2O，0.0064摩尔)放入160毫升去离子水中，再加入3.8400克水合肼(N2H4·H2O，0.0768摩尔)，搅拌10分钟后，把上述配好的溶液放入高压釜的聚四氟乙烯内衬里，内衬容积为200毫升，即填充度为80％。该溶液在250℃下处理24小时，把处理好的溶液离心和干燥，获得2～4纳米的ZTO的纳米杆，结果与实施例1一致，说明在一定范围内水合肼浓度对产物影响不大。
比较例：
将1.7408克氯化锌(ZnCl2，0.0128摩尔)和2.2400克氯化锡(SnCl4·5H2O，0.0064摩尔)放入160毫升去离子水中，再加入2.0480克氢氧化钠(NaOH，0.0512摩尔)，搅拌10分钟后，把上述配好的溶液放入高压釜的聚四氟乙烯内衬里，内衬容积为200毫升，即填充度为80％。该溶液在250℃下处理24小时，把处理好的溶液离心和干燥，获得500纳米的ZTO晶体，其透射电镜照片见图3。说明采用氢氧化钠为矿化剂，比较难实现ZTO纳米结构的水热合成。
Claims (2)
1、一种尖晶石锡酸锌纳米杆的合成方法，其特征在于：该方法的步骤如下：将氯化锌和氯化锡按摩尔比2∶1的比例混合，将混合物放入去离子水中搅拌，再加入摩尔数为氯化锡8～12倍的水合肼，此时产生白色浆状的沉淀，即水合肼与氯化锌和氯化锡形成了配位化合物；搅拌10～30分钟后，把上述配好的水溶液放入高压釜中，填充度为80～90％，在250～300℃温度范围内处理1～200小时，然后将处理好的溶液离心、干燥，就获得尖晶石锡酸锌的纳米杆。
2、根据权利要求1所述的一种尖晶石锡酸锌纳米杆的合成方法，其特征在于：所述的纳米杆的直径为2～5纳米。
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Legal Events
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