專利名稱：一種氧化亞錫納米片材的水熱合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化亞錫納米片材的水熱合成方法。
背景技術(shù)：
隨著能源危機和環(huán)境破壞的加劇，新能源和再生清潔能源技術(shù)引起了全球研究界、企業(yè)界極大的關(guān)注，其中包括以鋰離子二次電池為代表的充電電池技術(shù)。鋰離子電池作為新一代的充電電池，近10年來發(fā)展迅速，已在筆記本電腦、手機等移動電子終端設(shè)備領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，市場前景廣闊。
鋰離子電池一般由正極、負(fù)極、隔膜和電解液等基本元素組成，負(fù)極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前采用的負(fù)極材料可分為包括碳素材料、錫基負(fù)極材料、合金負(fù)極材料、過渡金屬氮化物、鈦氧化物負(fù)極材料等幾大類。目前用得最多負(fù)極材料的仍然是石墨材料，但石墨的理論比電容量為372mAh/g。技術(shù)的發(fā)展對電池的電容量提出了越來越高的要求，探索、研究新型高容量鋰離子電極材料一直是過去十多年的一大熱點研究課題。氧化亞錫由于極高的比電容量(理論比電容量為876mAh/g)受到了極大的關(guān)注。但氧化亞錫的循環(huán)特性較差，使其應(yīng)用受到限制。研究表明，隨著氧化亞錫尺寸變小，特別是當(dāng)其尺寸降至納米級時，它的各項鋰離子電池性能明顯提高。同時，氧化亞錫納米材料在太陽能儲能和催化劑等領(lǐng)域也有重要的應(yīng)用。不幸的是，由于氧化亞錫本身是一種亞穩(wěn)態(tài)的物質(zhì)，自然界不存在。因此，氧化亞錫納米材料的制備具有重要的意義。
目前，熱蒸發(fā)法是制備氧化亞錫納米材料最主要的方法(Z.R.Dai et al.J.Am.Chem.Soc.，124，8673(2002))。與熱蒸發(fā)法相比，濕化學(xué)法具有簡單、成本低和適合大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點。但由于氧化亞錫的亞穩(wěn)特性，使?jié)窕瘜W(xué)法合成氧化亞錫有一定的困難。Aurbach等人(D.Aurbach et al.Chem.Mater.，14，4155(2002))和Wu等人(D.S.Wu et al.Mater.Lett.，53，155(2002))分別采用超聲和微波合成了氧化亞錫納米顆粒。作為一類重要的濕化學(xué)法，水熱合成法具有設(shè)備與操作簡單、產(chǎn)物結(jié)晶好、環(huán)境污染小和適合大規(guī)模生產(chǎn)等特點，但到目前為止，由于傳統(tǒng)的水熱法產(chǎn)用氫氧化鈉或氨水為礦化劑，亞穩(wěn)態(tài)的氧化亞錫容易在水熱過程中被氧化，從而得不到氧化亞錫納米材料。因此，水熱合成亞穩(wěn)態(tài)的氧化亞錫納米材料的報道依然較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氧化亞錫納米材料的水熱合成方法，是利用水合肼為礦化劑的水熱工藝來制備亞穩(wěn)的氧化亞錫納米材料，由于水合肼的堿性和還原性，克服了在水熱過程中氧化亞錫產(chǎn)物易被氧化成二氧化錫的缺點，使氧化亞錫產(chǎn)物在表面活性劑和絡(luò)合劑的輔助下，成功生長成納米薄片結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該方法的步驟如下1)將氯化亞錫溶于檸檬酸或聚乙二醇溶液中，控制氯化亞錫的摩爾濃度為0.04～0.1摩爾/升，攪拌；2)再在上述溶液中加入摩爾數(shù)為氯化亞錫4～10倍的水合肼，繼續(xù)攪拌；3)將最終配好的溶液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在120～150℃溫度范圍內(nèi)處理10～24小時；4)將處理好的溶液離心、干燥，就獲得了氧化亞錫納米片材。
采用具有還原性的水合肼為堿性礦化劑，在表面活性劑聚乙二醇或絡(luò)合劑檸檬酸的輔助下，實現(xiàn)了亞穩(wěn)的氧化亞錫納米薄片的水熱合成，納米薄片的厚度約為15～30納米。
本發(fā)明具有的有益效果是傳統(tǒng)的水熱合成工藝以氫氧化鈉或氨水做為堿性礦化劑，在水熱反應(yīng)過程中，象氧化亞錫等亞穩(wěn)態(tài)的氧化物容易被氧化成對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氧化物，因此，傳統(tǒng)水熱法合成氧化亞錫等亞穩(wěn)態(tài)的氧化物比較困難。為此，本發(fā)明提出了以水合肼為礦化劑的氧化亞錫水熱合成工藝，由于水合肼具有堿性和還原性的雙重特點，抑制氧化亞錫了在水熱過程中的氧化行為，在表面活性劑和絡(luò)合劑的輔助下，成功生長成高純度氧化亞錫納米薄片結(jié)構(gòu)。


圖1是實施例1所得SnO納米薄片的XRD圖譜；圖2是實施例1所得SnO納米薄片的掃描電鏡照片；圖3是實施例2所得SnO納米薄片的XRD圖譜；圖4是實施例2所得SnO納米薄片的掃描電鏡照片；圖5是實施例3所得SnO納米薄片的XRD圖譜；圖6是實施例3所得SnO納米薄片的掃描電鏡照片。
具體實施例方式
實施例1將0.90克氯化亞錫(SnCl2·2H2O)溶于100毫升質(zhì)量濃度為5％的聚乙二醇溶液中，氯化亞錫摩爾濃度0.04摩爾/升，攪拌5分鐘后，再加入2.35克濃度為85％的水合肼(N2H4·H2O)，水合肼摩爾濃度為0.4摩爾/升，攪拌5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120毫升。該溶液在120℃下處理10小時，把處理好的溶液離心和干燥，獲得厚度約為15納米的氧化亞錫納米薄片結(jié)構(gòu)，薄片的寬度約為100～300納米。圖1是該SnO納米薄片的XRD圖譜，跟SnO的標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS no.06-0395)完全吻合，圖中沒有如氧化錫等雜質(zhì)的峰，說明產(chǎn)物是純的氧化亞錫。圖2是該SnO納米薄片的掃描電鏡照片，從圖2中可以清楚地看出所得的產(chǎn)物是納米薄片結(jié)構(gòu)。
實施例2將0.90克氯化亞錫(SnCl2·2H2O)溶于100毫升摩爾濃度為0.01摩爾/升的檸檬酸溶液中，氯化亞錫摩爾濃度0.04摩爾/升。攪拌5分鐘后，再加入0.94克濃度為85％的水合肼(N2H4·H2O)，水合肼摩爾濃度為0.16摩爾/升，攪拌5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120毫升。該溶液在120℃下處理18小時，把處理好的溶液離心和干燥，獲得厚度約為30納米的氧化亞錫納米薄片結(jié)構(gòu)，薄片的寬度比實施例1所得的產(chǎn)物小。圖3是該SnO納米薄片的XRD圖譜，跟SnO的標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS no.06-0395)完全吻合，圖中沒有如氧化錫等雜質(zhì)的峰，說明產(chǎn)物是純的氧化亞錫。圖4是該SnO納米薄片的掃描電鏡照片，從圖4中可以清楚地看出所得的產(chǎn)物是納米薄片結(jié)構(gòu)。
實施例3將2.26克氯化亞錫(SnCl2·2H2O)溶于100毫升摩爾濃度為0.025摩爾/升的檸檬酸溶液中，氯化亞錫摩爾濃度0.10摩爾/升，攪拌5分鐘后，再加入4.7克濃度為85％的水合肼(N2H4·H2O)，水合肼摩爾濃度為0.80摩爾/升，攪拌5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120毫升。該溶液在150℃下處理24小時，把處理好的溶液離心和干燥，獲得厚度約為30納米的氧化亞錫納米薄片結(jié)構(gòu)。圖5是該SnO納米薄片的XRD圖譜，跟SnO的標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS no.06-0395)完全吻合，圖中沒有如氧化錫等雜質(zhì)的峰，說明產(chǎn)物是純的氧化亞錫。圖6是該SnO納米薄片的掃描電鏡照片，從圖6中可以清楚地看出所得的產(chǎn)物是納米薄片結(jié)構(gòu)，而且納米薄片已經(jīng)自組裝成花形的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種氧化亞錫納米片材的水熱合成方法，其特征在于該方法的步驟如下1)將氯化亞錫溶于檸檬酸或聚乙二醇溶液中，控制氯化亞錫的摩爾濃度為0.04～0.1摩爾/升，攪拌；2)再在上述溶液中加入摩爾數(shù)為氯化亞錫4～10倍的水合肼，繼續(xù)攪拌；3)將最終配好的溶液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在120～150℃溫度范圍內(nèi)處理10～24小時；4)將處理好的溶液離心、干燥，就獲得了氧化亞錫納米片材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化亞錫納米片材的水熱合成方法，其特征在于采用具有還原性的水合肼為堿性礦化劑，在表面活性劑聚乙二醇或絡(luò)合劑檸檬酸的輔助下，實現(xiàn)了亞穩(wěn)的氧化亞錫納米薄片的水熱合成，納米薄片的厚度約為15～30納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧化亞錫納米材料的水熱合成方法。將氯化亞錫溶于檸檬酸或聚乙二醇溶液中，控制氯化亞錫的摩爾濃度，攪拌；再加入物質(zhì)量為氯化亞錫4～10倍的水合肼，繼續(xù)攪拌；將最終配好的溶液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在120～150℃溫度范圍內(nèi)處理10～24小時；將處理好的溶液離心、干燥，就獲得了氧化亞錫納米片材。本發(fā)明提出的水熱工藝?yán)盟想戮哂羞€原性和堿性的特點，可代替氫氧化鈉或氨水作為氧化物水熱合成工藝的堿性礦化劑，同時，水合肼的還原性保證了生成的亞穩(wěn)氧化亞錫產(chǎn)物不被氧化，最終簡單實現(xiàn)了氧化亞錫納米片材的水熱合成。
文檔編號C01G19/02GK1915831SQ200610053299
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月7日
發(fā)明者祝洪良, 朱魯明, 姚奎鴻, 席珍強 申請人:浙江理工大學(xué)