專(zhuān)利名稱(chēng)：一種尖晶石錫酸鋅納米桿的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尖晶石錫酸鋅納米桿的合成方法。
背景技術(shù)：
由于優(yōu)異的性能和眾多潛在的應(yīng)用，二元氧化物中的氧化鋅和氧化錫的納米結(jié)構(gòu)已成為了納米科技的研究熱點(diǎn)。它們的三元氧化物——尖晶石錫酸鋅(Zn2SnO4，簡(jiǎn)稱(chēng)ZTO)也是寬禁帶半導(dǎo)體(禁帶寬度約3.6eV)，由于其具有很高的電子遷移率、高的導(dǎo)電性和低的可見(jiàn)吸收，使得它在太陽(yáng)能薄膜、可燃性氣體探測(cè)、濕敏器件、光催化和電子陶瓷等眾多領(lǐng)域都有著潛在的應(yīng)用，ZTO的納米結(jié)構(gòu)很可能具有比氧化鋅和氧化錫的納米結(jié)構(gòu)更好的性能，但目前關(guān)于ZTO納米結(jié)構(gòu)的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
當(dāng)納米結(jié)構(gòu)在某維上的尺寸小于其激子玻爾半徑時(shí)，納米結(jié)構(gòu)有可能呈現(xiàn)明顯的量子尺寸效應(yīng)，而多數(shù)材料的激子玻爾半徑在數(shù)納米到20納米之間，因此，制備5納米以下的納米結(jié)構(gòu)具有特殊的意義。目前，公開(kāi)報(bào)道的ZTO納米結(jié)構(gòu)的制備方法有熱蒸發(fā)法、機(jī)械研磨法和高溫固態(tài)反應(yīng)法。熱蒸發(fā)法和高溫固態(tài)反應(yīng)法都需要很高的溫度(1000℃左右)；機(jī)械研磨法只能得到無(wú)規(guī)則的納米顆粒，且制備5納米以下的納米顆粒非常困難。相對(duì)之下，濕化學(xué)法具有成本低、操作簡(jiǎn)單和適合大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)，本發(fā)明基于水熱法提出了一種制備2～5納米ZTO納米桿的方法。
傳統(tǒng)的水熱法采用氫氧化鈉或氨水為礦化劑，只能得到微米或亞微米級(jí)的尖晶石錫酸鋅(J.Fang et al.Mater.Res.Bull.，36，1391(2001))，其過(guò)程如下氫氧化鈉或氨水電離出的OH-離子，OH-跟Zn2+和Sn4+離子反應(yīng)生成Zn(OH)2和Sn(OH)4，Zn(OH)2和Sn(OH)4通過(guò)水熱反應(yīng)生成微米或亞微米級(jí)的Zn2SnO4。水合肼是一種常用、廉價(jià)的化學(xué)原料，以水合肼為礦化劑的水熱合成過(guò)程則不同，具體如下水熱反應(yīng)前，肼(配位體)與ZnCl2和SnCl4形成配位化合物，該配位物在水熱條件下緩慢反應(yīng)生成ZTO，達(dá)到很好控制產(chǎn)物尺寸和形貌的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種尖晶石錫酸鋅納米桿的合成方法，是利用水合肼為礦化劑的水熱工藝來(lái)制備2～5納米的尖晶石錫酸鋅納米桿，該方法具有簡(jiǎn)單、廉價(jià)和適合大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下將氯化鋅和氯化錫按摩爾比2∶1的比例混合，將混合物放入去離子水中攪拌，再加入摩爾數(shù)為氯化錫8～12倍的水合肼，此時(shí)產(chǎn)生白色漿狀的沉淀，即水合肼與氯化鋅和氯化錫形成了配位化合物；攪拌1O～30分鐘后，把上述配好的水溶液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在250～300℃溫度范圍內(nèi)處理1～200小時(shí)，然后將處理好的溶液離心、干燥，就獲得尖晶石錫酸鋅的納米桿。
本發(fā)明具有的有益效果是傳統(tǒng)的水熱法只能得到微米或亞微米級(jí)的尖晶石錫酸鋅晶體。本發(fā)明的最大特點(diǎn)是采用水合肼(N2H4·H2O)來(lái)代替氫氧化鈉或氨水，實(shí)現(xiàn)2～5納米ZTO納米桿的合成。肼(配位體)與ZnCl2和SnCl4形成配位化合物，該配位物在水熱條件下緩慢反應(yīng)生成ZTO，達(dá)到很好地控制晶體的生長(zhǎng)。而且，本發(fā)明采用的原料都是廉價(jià)的化學(xué)藥品，整個(gè)過(guò)程無(wú)需任何絡(luò)合劑或表面活性劑。


圖1是ZTO納米桿的XRD圖譜；圖2是ZTO納米桿的透射電鏡照片，(a)低倍下的照片及電子衍射；(b)幾根納米桿的照片；(c)單根納米桿的高分辨照片；圖3是采用氫氧化鈉為礦化劑的水熱工藝合成的ZTO晶體的透射電鏡照片及電子衍射花樣。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將1.7408克氯化鋅(ZnCl2，0.0128摩爾)和2.2400克氯化錫(SnCl4·5H2O，0.0064摩爾)放入160毫升去離子水中，再加入2.5600克水合肼(N2H4·H2O，0.0512摩爾)，攪拌10分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯里，內(nèi)襯容積為200毫升，即填充度為80％。該溶液在250℃下處理24小時(shí)，把處理好的溶液離心和干燥，獲得2～4納米的ZTO的納米桿。圖1是ZTO的納米桿的XRD圖譜，跟Zn2SnO4的標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS 74-2184)完全吻合。圖2是ZTO納米桿的透射電鏡照片，從圖2中可以看出所得的產(chǎn)物是2～4納米的單晶ZTO納米桿。
實(shí)施例2將1.7408克氯化鋅(ZnCl2，0.0128摩爾)和2.2400克氯化錫(SnCl4·5H2O，0.0064摩爾)放入160毫升去離子水中，再加入2.5600克水合肼(N2H4·H2O，0.0512摩爾)，攪拌10分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯里，內(nèi)襯容積為200毫升，即填充度為80％。該溶液在300℃下處理24小時(shí)，把處理好的溶液離心和干燥，獲得3～5納米的ZTO的納米桿?？梢?jiàn)，水熱溫度升高，晶體略有長(zhǎng)大。但水熱溫度低250℃時(shí)，產(chǎn)物結(jié)晶不好。
實(shí)施例3將1.7408克氯化鋅(ZnCl2，0.0128摩爾)和2.2400克氯化錫(SnCl4·5H2O，0.0064摩爾)放入160毫升去離子水中，再加入3.8400克水合肼(N2H4·H2O，0.0768摩爾)，攪拌10分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯里，內(nèi)襯容積為200毫升，即填充度為80％。該溶液在250℃下處理24小時(shí)，把處理好的溶液離心和干燥，獲得2～4納米的ZTO的納米桿，結(jié)果與實(shí)施例1一致，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)水合肼濃度對(duì)產(chǎn)物影響不大。
比較例將1.7408克氯化鋅(ZnCl2，0.0128摩爾)和2.2400克氯化錫(SnCl4·5H2O，0.0064摩爾)放入160毫升去離子水中，再加入2.0480克氫氧化鈉(NaOH，0.0512摩爾)，攪拌10分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯里，內(nèi)襯容積為200毫升，即填充度為80％。該溶液在250℃下處理24小時(shí)，把處理好的溶液離心和干燥，獲得500納米的ZTO晶體，其透射電鏡照片見(jiàn)圖3。說(shuō)明采用氫氧化鈉為礦化劑，比較難實(shí)現(xiàn)ZTO納米結(jié)構(gòu)的水熱合成。
權(quán)利要求
1.一種尖晶石錫酸鋅納米桿的合成方法，其特征在于該方法的步驟如下將氯化鋅和氯化錫按摩爾比2∶1的比例混合，將混合物放入去離子水中攪拌，再加入摩爾數(shù)為氯化錫8～12倍的水合肼，此時(shí)產(chǎn)生白色漿狀的沉淀，即水合肼與氯化鋅和氯化錫形成了配位化合物；攪拌10～30分鐘后，把上述配好的水溶液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在250～300℃溫度范圍內(nèi)處理1～200小時(shí)，然后將處理好的溶液離心、干燥，就獲得尖晶石錫酸鋅的納米桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尖晶石錫酸鋅納米桿的合成方法，其特征在于所述的納米桿的直徑為2～5納米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尖晶石錫酸鋅(Zn
文檔編號(hào)C01G9/00GK1792812SQ20061004896
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2006年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月9日
發(fā)明者祝洪良, 于桂霞, 姚奎鴻 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)