一種銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及涉及一種銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料的制備方法，屬于先進(jìn)納米功能材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化錫(SnO2)是一種重要的寬帶隙的η型半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.62eV。由于小尺寸效應(yīng)及表面效應(yīng)使得納米氧化錫具有特殊的光電性能和氣敏性能，這使得其在氣敏元件、儲(chǔ)存材料、電極材料及太陽(yáng)能電池等方面有著潛在的應(yīng)用。因此對(duì)SnO2納米材料的制備及其性能研究相當(dāng)活躍。微/納米結(jié)構(gòu)功能材料的形態(tài)和結(jié)構(gòu)是影響其氣敏性能的主要因素，眾多科研人員致力于在制備過(guò)程中控制其形態(tài)和結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)氣敏性能的增強(qiáng)。三維分級(jí)結(jié)構(gòu)是指由諸如納米顆粒、納米棒、納米線、納米管、納米片等低維納米結(jié)構(gòu)組裝而成的高維度納米結(jié)構(gòu)，使其具有納米材料、介孔/大孔材料的綜合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在氣敏應(yīng)用領(lǐng)域，三維分級(jí)構(gòu)造特別是開(kāi)放式分級(jí)構(gòu)造不僅能抑制納米顆粒的團(tuán)聚長(zhǎng)大，保留納米材料高比表面積，同時(shí)還能構(gòu)筑發(fā)達(dá)的分級(jí)孔通道(包括介孔和大孔)來(lái)加強(qiáng)氣體在材料內(nèi)部的傳輸，是構(gòu)筑高靈敏度和快速響應(yīng)氣敏材料的理想結(jié)構(gòu)，日益引起人們的關(guān)注。與此同時(shí)，研究表明:在金屬氧化物制備過(guò)程中引入添加劑(如貴金屬元素、過(guò)渡金屬氧化物或其他金屬/非金屬氧化物)，即使是很少量的，基體材料的一系列屬性特征也會(huì)改變。因此，可控合成其他金屬氧化物摻雜的三維分級(jí)結(jié)構(gòu)二氧化錫氣敏材料，將在結(jié)構(gòu)與組成兩方面有效促進(jìn)其性能的提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料的制備方法。具有成本低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，無(wú)環(huán)境污染，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)。所得一種銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料形貌規(guī)整，具有優(yōu)異的氣敏性能，可用于氣體傳感器等領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料的制備方法，其特征在于:以氯化亞錫、三氯化銻和氫氧化鈉為原料，以十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑，經(jīng)水熱反應(yīng)、煅燒處理，得到銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料。所得產(chǎn)物呈花球狀，由大量二維納米片組裝而成，且銻摻雜進(jìn)入氧化錫晶格，對(duì)乙醇?xì)怏w具有較好的氣敏響應(yīng)。本方法成本低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，無(wú)環(huán)境污染，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。具體合成步驟如下:
(O稱取一定量的氯化亞錫和三氯化銻，溶于去離子水中，其中氯化亞錫的濃度為0.1-0.2 mol/L，三氯化銻的濃度為0.001-0.01 mol/L，且控制氯化亞錫與三氯化銻的摩爾比為 100:1-5 ；
(2)稱取一定量的氫氧化鈉和十六烷基三甲基溴化銨，溶于去離子水中，其中氫氧化鈉的濃度為0.4-0.8 mol/L，十六烷基三甲基溴化銨的濃度為0.1-0.2 mol/L，且控制氯化亞錫與氫氧化鈉的摩爾比為1:4，氯化亞錫與十六烷基三甲基溴化銨的摩爾比為1:1 ; (3)將步驟(I)和步驟(2)所得溶液混合，所得混合溶液移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在140-180°C溫度下，進(jìn)行水熱反應(yīng)16-24小時(shí)，再將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，并用去離子水和乙醇對(duì)所得固體產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌；
(4)將步驟(3)所得固體產(chǎn)物放置于干燥箱中，60°C干燥24小時(shí)，然后置于氧化鋁坩禍放入馬弗爐，在500°C下熱處理3小時(shí)，得到銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料。
【附圖說(shuō)明】
[0004]圖1銻摻雜花球狀二氧化錫的XRD圖譜
圖2銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料的低倍FESEM圖譜圖3銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料的高倍FESEM圖譜圖4銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料EDS能譜圖5銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料的低倍TEM圖圖6銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料的高倍TEM圖
圖7最佳工作電壓下銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料對(duì)50-1000ppm的乙醇?xì)怏w的靈敏度曲線對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0005]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0006]實(shí)施例1
(1)稱取一定量的氯化亞錫和三氯化銻，溶于去離子水中，其中氯化亞錫的濃度為0.1mol/L，三氯化銻的濃度為0.003 mol/L ；
(2)稱取一定量的氫氧化鈉和十六烷基三甲基溴化銨，溶于去離子水中，其中氫氧化鈉的濃度為0.4 mol/L，十六烷基三甲基溴化銨的濃度為0.1 mol/L ;
(3)將步驟(I)和步驟(2)所得溶液混合，所得混合溶液移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在160°C溫度下，進(jìn)行水熱反應(yīng)24小時(shí)，再將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，并用去離子水和乙醇對(duì)所得固體產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌；
(4)將步驟(3)所得固體產(chǎn)物放置于干燥箱中，60°C干燥24小時(shí)，然后置于氧化鋁坩禍放入馬弗爐，在500°C下熱處理3小時(shí)，得到銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料。
[0007]實(shí)施例2
(1)稱取一定量的氯化亞錫和三氯化銻，溶于去離子水中，其中氯化亞錫的濃度為0.1mol/L，三氯化銻的濃度為0.001 mol/L ；
(2)稱取一定量的氫氧化鈉和十六烷基三甲基溴化銨，溶于去離子水中，其中氫氧化鈉的濃度為0.4 mol/L，十六烷基三甲基溴化銨的濃度為0.1 mol/L ;
(3)將步驟(I)和步驟(2)所得溶液混合，所得混合溶液移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在180°C溫度下，進(jìn)行水熱反應(yīng)16小時(shí)，再將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，并用去離子水和乙醇對(duì)所得固體產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌；
(4)將步驟(3)所得固體產(chǎn)物放置于干燥箱中，60°C干燥24小時(shí)，然后置于氧化鋁坩禍放入馬弗爐，在500°C下熱處理3小時(shí)，得到銻摻雜花球狀二氧化錫氣敏材料。
[0008]實(shí)施例3
(1)稱取一定量的氯化亞錫和三氯化銻，溶于去離子水中，其中氯化亞錫的濃度為0.2mol/L，三氯化銻的濃度為0.006 mol/L ；
(2)稱取一定量的氫