CN103613123B - 一种单分散二氧化锡纳米晶颗粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种单分散二氧化锡纳米晶颗粒的制备方法，将去离子水和乙醇或丙醇混合均匀作为溶剂，然后分别将SnCl4·5H2O和苯并咪唑溶于溶剂中得到混合溶液；再将混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中反应得到白色样品；然后将白色样品依次用去离子水和乙醇清洗、烘干，得到单分散二氧化锡纳米晶颗粒；其制备工艺简单，操作简便，原理可靠，生产成本低，产品产率高，环境友好，制备的纳米晶颗粒尺寸小，单分散性好，比表面积大，纯度高，在气体传感器方面有着广阔的应用前景，易于进行大规模工业生产。
Description
技术领域：
本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种利用苯并咪唑做矿化剂可控制备大比表面积、单分散二氧化锡纳米晶颗粒的工艺，特别是一种单分散二氧化锡纳米晶颗粒的制备方法，能用于催化剂、气敏传感器和电极材料等领域。
背景技术：
二氧化锡是一种宽禁带半导体氧化物（禁带宽度为3.6eV），其实际合成过程中存在氧空位，呈现出n型半导体特性，二氧化锡具有独特的气敏性、导电性和透光性，在光电和气敏元件等领域有广阔的应用前景，其潜在的应用价值引起了人们的广泛关注，单分散纳米尺寸的二氧化锡晶颗粒具有较大的比表面积、较高的活性以及表面存在许多缺陷，其光电性质以及气敏性能表现出不同于块体材料的优异性能，并且它的灵敏度、选择性可以通过掺杂其它元素得到提高，因此，许多研究人员致力于研究单分散二氧化锡纳米晶颗粒的制备方法。目前，SnO2纳米颗粒的制备方法包括物理合成法和化学合成法，其中，物理合成法包括溅射法、气相沉积法和等离子体法，这些方法对仪器设备要求高，生产费用昂贵，且耗能高；与传统的物理合成法相比，化学合成方法的原料价格低廉，仪器设备简单，合成过程易控制，现有的化学合成法已经发展了水热法（H.C.Chiu;C.S.Yeh.J.Phys.Chem.C.2007,111,7256；H.L.Zhu;D.Yang;G.X.Yu;H.Zhang;K.H.Yao.Nanotechnology,2006,17,2386）、溶胶凝胶法（F.Gu.;S.F.Wang.;M.K.Lu;G.J.Zhou.;D.Xu.;D.R.Yuan.J.Phys.Chem.B,2004,108,8119）、超声合成（J.J.Zhu;Z.H.Lu;S.T.Aruna;D.Aurbach;A.Gedanken.Chem.Mater.,2000,12,2557）和燃烧合成（CN1887722）等方法，其中水热法制备的SnO2纳米颗粒具有晶粒发育完整、粒度分布窄、团聚程度轻等优点，极大地改善了材料的性能，被认为是一种制备二氧化锡纳米颗粒的重要手段。然而传统的水热合成法需要借助于表面活性剂来制备单分散的二氧化锡纳米颗粒，由于引入了表面活性剂，所制备的二氧化锡颗粒的纯度不高，必须通过后续进一步的处理（例如高温煅烧）才能得到高纯度、单分散二氧化锡纳米颗粒（Y.D.Wang.;C.L.Ma.;X.D.Sun.;H.D.Li.Nanotechnology,2002,13,565），能耗高，制备工艺复杂。因此，开发出一种一步法制备直径小、单分散、高纯度的二氧化锡纳米晶颗粒的方法具有十分重要的意义。
发明内容：
本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种利用苯并咪唑为矿化剂可控制备单分散、高纯度、大比表面积的二氧化锡纳米晶颗粒的方法。
为了实现上述发明目的，本发明以SnCl4·5H2O为原料，苯并咪唑做矿化剂，水和乙醇或丙醇的混合液为溶剂，制备单分散二氧化锡纳米晶颗粒，其具体工艺步骤包括：
（1）、将去离子水和乙醇或丙醇按体积比为1：1的比例混合均匀作为溶剂，然后将SnCl4·5H2O和苯并咪唑溶于溶剂中得到混合溶液，其中，SnCl4·5H2O和溶剂的重量比为1：100，SnCl4·5H2O和苯并咪唑的重量比为7：2-12；
（2）、将步骤（1）得到的混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在160-200℃下反应12-24小时，得到白色样品；
（3）、将步骤（2）得到的白色样品依次用去离子水和乙醇清洗后在60-150℃下烘干，得到单分散二氧化锡纳米晶颗粒。
本发明与现有技术相比，其制备工艺简单，操作简便，原理可靠，生产成本低，产品产率高，环境友好，制备的纳米晶颗粒尺寸小，单分散性好，比表面积大，纯度高，在气体传感器方面有着广阔的应用前景，易于进行大规模工业生产。
附图说明：
图1.为本发明实施例1制备的SnO2纳米颗粒的XRD图谱，表明材料为四方晶相结构的单晶SnO2颗粒。
图2为本发明实施例2制备的SnO2纳米颗粒的XRD图谱，表明材料为四方晶相结构的单晶SnO2颗粒。
图3为本发明实施例3制备的SnO2纳米颗粒的XRD图谱，表明材料为四方晶相结构的单晶SnO2颗粒。
图4为本发明实施例1制备的SnO2纳米晶颗粒的透射电镜照片，其中(a)为SnO2纳米晶颗粒的低倍透射电镜照片，(b)为SnO2纳米晶颗粒的高倍透射电镜照片;表明该材料是单分散的球形纳米晶颗粒，颗粒尺寸比较均匀，平均直径大为3.4nm。
图5为本发明实施例2制备的SnO2纳米晶颗粒的透射电镜照片，其中(a)为SnO2纳米晶颗粒的低倍透射电镜照片，(b)为SnO2纳米晶颗粒的高倍透射电镜照片；表明该材料是单分散的椭球形纳米晶颗粒，颗粒尺寸比较均匀，其长径平均为7.4nm，短径平均为4.8nm。
图6为本发明实施例3制备的SnO2纳米晶颗粒的透射电镜照片，其中(a)为SnO2纳米晶颗粒的低倍透射电镜照片，(b)为SnO2纳米晶颗粒的高倍透射电镜照片；表明该材料是球形纳米晶颗粒，并出现聚集现象，平均直径约为5.2nm。
图7为本发明实施例1制备的SnO2纳米晶颗粒的尺寸分布图，表明制备的SnO2颗粒的尺寸比较均匀，分布在2.3-4.5nm。
图8为本发明实施例2制备的SnO2纳米晶颗粒的尺寸分布图，表明制备的SnO2颗粒的尺寸比较均匀，长径分布在6.8-8.0nm，短径分布在4.5-6.0nm。
图9为本发明实施例3制备的SnO2纳米晶颗粒的尺寸分布图，表明制备的SnO2颗粒的尺寸分布在3.5-6.0nm。
图10为本发明实施例1制备的SnO2纳米晶颗粒的N2吸附-脱附等温线和孔径分布图，表明该材料具有典型的介孔结构。
图11为本发明实施例2制备的SnO2纳米晶颗粒的N2吸附-脱附等温线和孔径分布图，表明该材料具有典型的介孔结构。
图12为本发明实施例3制备的SnO2纳米晶颗粒的N2吸附-脱附等温线和孔径分布图，表明该材料具有典型的介孔结构。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图作进一步说明。
本实施例以SnCl4·5H2O为原料，苯并咪唑做矿化剂，水和乙醇或丙醇的混合液为溶剂，制备单分散、大比表面积、高纯度的二氧化锡纳米晶颗粒，其具体工艺步骤包括：
（1）、将去离子水和乙醇或丙醇按体积比为1：1的比例混合均匀作为溶剂，然后将SnCl4·5H2O和苯并咪唑溶于溶剂中得到混合溶液，其中，SnCl4·5H2O和溶剂的重量比为1：100，SnCl4·5H2O和苯并咪唑的重量比为7：2-12；
（2）、将步骤（1）得到的混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在160-200℃下反应12-24小时，得到白色样品；
（3）、将步骤（2）得到的白色样品依次用去离子水和乙醇清洗后在60-150℃下烘干，得到单分散二氧化锡纳米晶颗粒。
实施例1：
本实施例以SnCl4·5H2O为原料，苯并咪唑做矿化剂，水和乙醇的混合液为溶剂，在180℃条件下反应20小时，制得单分散、大比表面积、高纯度的二氧化锡纳米晶颗粒，其具体工艺步骤包括：
（1）、将20mL去离子水和20mL乙醇混合均匀作为溶剂，将0.35gSnCl4·5H2O和0.1g苯并咪唑并溶于溶剂中得到混合溶液；
（2）、将所得的混合溶液转移到50mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在180℃下反应20h得到白色样品；
（3）、将所得的白色样品依次用去离子水和乙醇清洗，然后在空气中100℃烘干得到平均直径约为3.4nm的单分散SnO2球形纳米晶颗粒，其比表面积为223.6m2·g-1，孔径为5.6nm。
实施例2：
本实施例中苯并咪唑的用量为0.3g，其它实验条件与实施例1相同，制备得到椭球形的单分散SnO2纳米晶颗粒，其长径平均为7.4nm，短径平均约为4.8nm，比表面积为181.2m2·g-1，孔径为6.4nm。
实施例3：
本实施例中苯并咪唑的用量为0.6g，其它实验条件与实施例1相同，制备得到的SnO2纳米晶颗粒出现聚集现象，颗粒为球形，其平均直径约为5.2nm，比表面积为109.7m2·g-1，与实施例1和2相比比表面积明显下降；孔径为4.3nm。
本实施例通过调节矿化剂苯并咪唑的用量调控SnO2纳米晶的颗粒尺寸及形貌，在苯并咪唑的调控作用下，制备的SnO2纳米颗粒具有尺寸均一，单分散性好，结晶度高，比较面积大等优点，并在催化剂、气敏传感器和电极材料等领域有着潜在应用。
Claims (1)
1.一种单分散二氧化锡纳米晶颗粒的制备方法，其特征在于以SnCl4·5H2O为原料，苯并咪唑作矿化剂，水和乙醇或丙醇的混合液为溶剂，制备单分散二氧化锡纳米晶颗粒的具体工艺步骤包括：
(1)、将去离子水和乙醇或丙醇按体积比为1：1的比例混合均匀作为溶剂，然后将SnCl4·5H2O和苯并咪唑溶于溶剂中得到混合溶液，其中，SnCl4·5H2O和溶剂的重量比为1：100，SnCl4·5H2O和苯并咪唑的重量比为7：2-12；
(2)、将步骤(1)得到的混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在160-200℃下反应12-24小时，得到白色样品；
(3)、将步骤(2)得到的白色样品依次用去离子水和乙醇清洗后在60-150℃下烘干，得到单分散二氧化锡纳米晶颗粒。
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Granted publication date: 20150218 Termination date: 20181213 |