一種利用金屬錫直接制備二氧化錫納米顆粒的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料的制備領域，具體涉及一種利用金屬錫直接制備二氧化錫納米顆粒的方法。
【背景技術】
[0002]二氧化錫(Sn02)是一種重要的寬禁帶半導體材料。近年來，具有納米結構的Sn02材料由于具有獨特的光學性能、電學性能、化學穩(wěn)定性等，因此在催化、氣敏材料、傳感器件、光電器件等方面顯示出了重要的應用價值。SnOjfi米結構材料的應用與制備方法的創(chuàng)新研究具有非常重要的意義。
[0003]高分散的Sn02納米顆粒具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點，因此高分散的SnOjfi米顆粒往往具有更高的催化活性及氣體敏感性。
[0004]目前，國內(nèi)外提出的Sn02納米顆粒的制備方法主要有溶膠-凝膠法、化學沉淀法、水熱合成法和固相合成法等。其中水熱合成法制備的粒子粒度均勻，結晶度高，形貌規(guī)則。納米Sn02的合成通常以錫鹽為原料，在強堿性條件下進行，有時還須使用有機模板劑。這類方法存在著污染環(huán)境、成本高、浪費資源和后處理過程復雜等問題。因此，開發(fā)一種在溫和pH值下，不使用有機模板劑合成SnOjfi米顆粒的制備方法有著重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種利用金屬錫直接制備二氧化錫納米顆粒的方法，該方法操作簡單，無需強堿性條件，在溫和pH值體系下進行，不使用有機模板劑因此無需高溫焙燒，所制得的Sn02納米顆粒尺寸較小，由直徑為10?50nm的納米粒子以單分散的形式或一定程度的聚集體形式存在，且可以根據(jù)實驗條件進行調(diào)節(jié)。
[0006]本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0007]—種利用金屬錫直接制備二氧化錫納米顆粒的方法，具體包括以下步驟:
[0008](1)將一定量的碘單質(zhì)溶解于無水乙醇中，稱取一定量的無水碳酸鈉溶解于去離子水中，將上述碘/乙醇溶液與碳酸鈉水溶液混合，加入計算量的金屬單質(zhì)錫粉，使原料摩爾比為 Sn: I2: Na2C03: H20: C2H50H = 1: 0.5 ?3.0: 0.05 ?2.0: 20 ?200: 10 ?100，持續(xù)攪拌后，得紅棕色混合液；
[0009](2)將上述混合液迅速轉(zhuǎn)移至不銹鋼反應釜中，以將錫粉全部轉(zhuǎn)移入反應釜，在180?220°C條件下反應1?3天，自然冷卻至室溫，離心分離得到的固體；
[0010](3)將離心得到的固體依次經(jīng)過無水乙醇、去離子水洗滌，干燥，得到具有不同分散度的二氧化錫納米顆粒。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果:
[0012]本發(fā)明以金屬錫單質(zhì)為原料，在接近中性的溫和pH值條件下，在反應體系中12和.0)3的作用下，采用水熱法制備了二氧化錫納米顆粒，純度高，不使用有機模板劑，因此避免了高溫焙燒可能引起的粒子團聚現(xiàn)象。以固態(tài)單質(zhì)錫為原料制備二氧化錫納米顆粒，是基于Kirkendall效應(兩相界面間不同物質(zhì)迀移速率不同，即不等量擴散，可導致孔狀結構的產(chǎn)生)的固相轉(zhuǎn)化路線，是對二氧化錫材料制備方法的有益探索。
【附圖說明】
[0013]圖1:本發(fā)明實施例1制備的二氧化錫的X射線衍射圖。
[0014]圖2:本發(fā)明實施例1制備的二氧化錫的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0015]以下是本發(fā)明的具體實施例，是對本發(fā)明的進一步描述。但具體實施例不限制本發(fā)明權利要求。
[0016]具體實施例中使用到的原料如下:
[0017]Sn粉:天津市科密歐化學試劑有限公司；
[0018]碘:天津市北聯(lián)精細化學品開發(fā)有限公司；
[0019]無水碳酸鈉:天津市科密歐化學試劑有限公司。
[0020]實施例1:
[0021]將1.0克碘單質(zhì)溶于12.5毫升無水乙醇中，另外稱取0.2克無水碳酸鈉溶解于6.0毫升去離子水中；將上述碘/乙醇溶液與碳酸鈉水溶液混合，加入0.4克金屬單質(zhì)錫粉，持續(xù)攪拌后，得紅棕色混合液；將上述混合液迅速轉(zhuǎn)移至不銹鋼反應釜中，以將錫粉全部轉(zhuǎn)移入反應釜，在280°C條件下反應3天，自然冷卻至室溫，離心分離得到的固體，依次經(jīng)乙醇、去離子水洗滌，干燥，獲得粒徑均勻，分散良好的二氧化錫納米顆粒。
[0022]實施例2:
[0023]將2.0克碘單質(zhì)溶于8.0毫升無水乙醇中，另外稱取0.8克無水碳酸鈉溶解于6.0毫升去離子水中；將上述碘/乙醇溶液與碳酸鈉水溶液混合，加入0.6克金屬單質(zhì)錫粉，持續(xù)攪拌后，得紅棕色混合液；將上述混合液迅速轉(zhuǎn)移至不銹鋼反應釜中，以將錫粉全部轉(zhuǎn)移入反應釜，在220°C條件下反應1天，自然冷卻至室溫，離心分離得到的固體，依次經(jīng)乙醇、去離子水洗滌，干燥，獲得二氧化錫納米顆粒。
[0024]實施例3:
[0025]將0.65克碘單質(zhì)溶于5.5毫升無水乙醇中，另外稱取0.27克無水碳酸鈉溶解于5.5毫升去離子水中；將上述碘/乙醇溶液與碳酸鈉水溶液混合，加入0.2克金屬單質(zhì)錫粉，持續(xù)攪拌后，得紅棕色混合液；將上述混合液迅速轉(zhuǎn)移至不銹鋼反應釜中，以將錫粉全部轉(zhuǎn)移入反應釜，在200°C條件下反應2天，自然冷卻至室溫，離心分離得到的固體，依次經(jīng)乙醇、去離子水洗滌，干燥，獲得結晶性良好的二氧化錫納米顆粒。
[0026]以上所述，僅是本發(fā)明的幾種實施案例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的結構及技術內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施案例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施案例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種利用金屬錫直接制備二氧化錫納米顆粒的方法，其特征在于，該方法具體包括下列步驟: (1)將一定量的碘單質(zhì)溶解于無水乙醇中，稱取一定量的無水碳酸鈉溶解于去離子水中，將上述碘/乙醇溶液與碳酸鈉水溶液混合，加入計算量的金屬單質(zhì)錫粉，持續(xù)攪拌后，得紅棕色混合液； (2)將上述混合液迅速轉(zhuǎn)移至不銹鋼反應釜中，以將錫粉全部轉(zhuǎn)移入反應釜，在180?220°C條件下反應1?3天，自然冷卻至室溫，離心分離得到的固體，洗滌，干燥，得到具有不同分散度的二氧化錫納米顆粒。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，合成二氧化錫納米顆粒的初始混合液的原料摩爾比為 Sn: I2: Na2C03= 1: 0.5 ?3.0: 0.05 ?2.0。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述的持續(xù)攪拌是將混合溶液磁力攬摔10?120mino4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述的碘溶液，其摩爾比為I2: C2H50H =1: 10 ?80。5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述的碳酸鈉溶液濃度為0.05 ?2.5mol/L06.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述的洗滌，是將離心得到的固體依次經(jīng)無水乙醇洗滌2?3次，去離子水清洗1?3次。7.根據(jù)權利要求1所述的一種利用金屬錫直接制備二氧化錫納米顆粒的方法，其特征在于，制得的二氧化錫納米顆粒，由直徑為10?50nm的納米粒子以單分散的形式或一定程度的聚集體形式存在，且可以根據(jù)實驗條件進行調(diào)節(jié)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料的制備領域，具體涉及一種利用金屬錫直接制備二氧化錫納米顆粒的方法。該方法具體為將金屬錫置于碘/乙醇與碳酸鈉混合溶液中，經(jīng)高溫水/溶劑熱反應，得到納米二氧化錫材料。本發(fā)明是基于Kirkendall效應，通過兩相界面間不同物質(zhì)的不等量擴散，從而形成具有納米級尺寸的二氧化錫納米粒。通過本發(fā)明，能夠直接利用單質(zhì)錫為原料，在接近中性的溫和pH條件下制備二氧化錫納米顆粒，得到產(chǎn)品純度高，不使用有機模板劑，可避免高溫焙燒引起的能耗和污染，并可避免納米粒子在高溫下的團聚現(xiàn)象。
【IPC分類】B82Y30/00, C01G19/02
【公開號】CN105293571
【申請?zhí)枴緾N201510860093
【發(fā)明人】紀妍妍, 趙博, 鄧軒, 劉強, 李江
【申請人】天津工業(yè)大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月30日