化学沉淀法制备氧化锡纳米粉体

化学沉淀法制备氧化锡纳米粉体CHEMICALPRECIPITATIONMETHODPREPARATIONOFTINOXIDENANOPOWDER内容摘要采用溶液化学沉淀法，在不同温度，不同反应时间，不同浓度及添加剂条件下考察了氧化锡纳米材料的制备。分别用SEM、XRD、TEM等手段对产物进行表征，结合其组成、结构、性能等分析评价，进行了全面深入的研究。通过优化制备条件,得到了纯的纳米氧化锡。关键字纳米粉体氧化锡溶液化学沉淀法制备ABSTRACTUSINGCHEMICALPRECIPITATIONMETHOD,SNO2NANOMATERIALSWEREPREPAREDUNDERTHECONDITIONOFDIFFERENTTEMPERATURE,DIFFERENTREACTIONTIME,DIFFERENTCONCENTRATIONANDDIFFERENTADDITIVESBYSIMPLEEQUIPMENTTHEPRODUCTSWERECHARACTERIZEDBYMEANSOFSEM,XRD,TEMRESPECTIVELYALLTHERESULTSWEREANALYSEDANDEVALUATEDTHROUGHCOMBININGITSRELATEDCOMPOSITION,STRUCTURE,PERFORMANCE,WHICHHELPUSTOCONDUCTACOMPREHENSIVEINDEPTHSTUDYBYOPTIMIZINGTHEPREPARATIONTECHNOLOGY,WEAREABLETOGETTHEIDEALCOMPOSITIONANDMORPHOLOGYOFTINOXIDEKEYWORDSNANOPOWDERTINOXIDECHEMICALPRECIPITATIONPREPARATION化学沉淀法制备氧化锡纳米粉体纳米材料因具有量子尺寸效应,小尺寸效应和表面效应等特性,在光、电、热、磁等方面具有很多的特殊性能并得到了广泛研发1。纳米氧化锡作为一种新型纳米功能材料2,3，其空间结构特性、气敏性、光敏性、机械性能等在光电等许多领域都有极好的优越性，自1962年以来,氧化锡在家庭、商业和工业领域都得到了广泛的应用4,诸如气敏探测器58,电极材料9以及太阳能电池10,11等等。因此引起了广大研究者对氧化锡研究的广泛兴趣，在该材料的制备领域已取得了一定的成就。但是利用简单设备，高产率的制备纳米氧化材料仍然存在挑战。制备SNO2纳米材料的常用方法有液相沉淀法12、微乳液法13、化学气相沉积法14、溶胶凝胶法15和水热合成法1618等。目前研究学者制备氧化锡使用的试剂多数是NAOH和二价亚锡离子盐，而且实验要求较为苛刻，反应温度较高，反应时间较长。本实验拟通过溶液化学法,利用简单设备在低温条件下能高产率制备性能稳定的氧化锡纳米材料，并结合其相关组成、结构、形貌的分析评价，较全面的对纳米氧化锡材料的合成等控制进行详细研究。在优化合成氧化锡条件同时,探索其在其他领域的潜在应用。一、实验一试剂与分析仪器本实验所用试剂为二水合二氯化锡（SNCL22H2O、无水乙醇（C2H5OH）、带氨基有机物A六亚甲基四胺（HMT）、表面活性剂B柠檬酸三钠（SC）和氢氧化钠（NAOH）。所用合成仪器为分析天平、恒温加热磁力搅拌器、高频超声波分散器、带特氟龙内衬反应釜、干燥箱、高速台式离心机。所用分析设备为X射线衍射仪（XRD）、场发射电镜（FESEM）和透射电镜（TEM）。二实验方法1纳米SNO2的制备称取一定量的SNCL22H2O溶解于60ML蒸馏水或水与乙醇11的体系中配成浓度为005ML/L的溶液,向其加入带氨基有机物A摩尔比为21或NAOH摩尔比为41，在室温混合溶液经磁力搅拌20MIN充分混合后转移到100ML的带特氟龙内衬的反应釜中进行反应。同时考察了不同添加量表面活性剂B摩尔比分别为12；120和150对氧化锡合成的影响。在相应温度下反应一定时间后将所得产物进行回收，经数次超声分散清洗、离心后干燥即得试样。2试样表征采用XRD、SEM和TEM分析对试样物相结构、表面形貌和颗粒大小及分布情况表征。二、结果与分析一反应时间对产物及形貌的影响1常温下不同反应时间图1A所示为带氨基有机物A为沉淀剂室温下搅拌6H、24H、48H所得沉淀物的XRD图谱。其主要组成为SNO2和SNO，但还含一些尚不明确相，且衍射峰的强度差异不大，由此可知室温下混合时间的长短不会对产物有较大的影响。图1B为搅拌时间为6H时产物的SEM图，产物颗粒有较明显团聚现象且大小不均匀，结合XRD结果可知产物是为混合物的缘故。推断带氨基有机物A需要在一定的温度下才能有效的水解，产生氢氧根离子，利于二价锡离子转化成SNO2。图1室温下A不同反应时间产物的XRDB时间为6H产物的FESEM图。2180下以带氨基有机物A为沉淀剂时不同反应时间、不同反应体系和表面活性剂对产物的影响图2为180下不同反应时间、不同反应体系和表面活性剂时得到产物的XRD图，图3为对应的FESEM图。A纯水体系B水和乙醇混合体系图2180时不同反应时间产物的XRD图由图2可知，在没有表面活性剂B时，在2H的11体系中，得到了纯SNO2而其他的无论是纯水还是水和乙醇的混合体系，在180的高温下随反应时间的增长，产物中SNO的衍射峰强度也在逐步的上升。当加入表面活性剂B时，反应12H和24H在纯水体系和水与乙醇11体系中都能生成纯SNO2。由此可推断高温条件下以带氨基有机物A为沉淀剂时反应短时间内先生成SNO2，随着反应时间的延长先生成的SNO2会转变为SNO,而表面活性剂B的加入可以有效的抑制此转变。表面活性剂的影响还在进一步的研究中。图3180产物的FESEM谱图ACE为纯水体系，（BDF）为11体系反应时间（AB为2H,CD为12H,EF为24H（AB不含SC，CDEF含SC。结合图3可以看出，除（A外，反应产物均为纯SNO2总体而言产物相貌为棉花絮状。而且对比纯水体系与水和乙醇混合体系的FESEM电镜图可看出纯水体系下的产物相对混合体系而言产物更细而且较为分散。在添加表面活性剂B后，可能因为颗粒变小，干燥后产物容易团聚。二反应温度对产物及形貌的影响图4为反应时间为6H，当分别在室温、80、150下反应时的XRD图，图5为对应的FESEM图。结合图4及图5可以看出，80和150无论是纯水体系还是水和乙醇的混合体系，产物中都存在SNO杂质，由此可以推断反应体系对产物结果影响不大，但是从图5可见纯水体系相对水和乙醇的混合体系产物的形貌较好，推断体系的差异对产物形貌有一定的影响。A纯水体系；B水醇混合体系图4反应时间为6H时不同温度下产物的XRD图图5反应时间为6H的SEM谱图ABC为纯水体系，DEF为11体系AD为室温，B,D为80，CF为150三沉淀剂和表面活性剂对产物及形貌的影响图6为在相同温度和相同时间但不同沉淀剂在表面活性剂是否存在时产物的XRD图，图7为120反应物为带氨基有机物A时反应12H后对应的SEM图。由图6可知，在120下反应12H，当沉淀剂为带氨基有机物A且加入表面活性剂B时，产物为纯SNO2；但是当沉淀剂为NAOH时其他条件相同时，产物为SN2O3和SNO，而表面活性剂B的添加可以在带氨基有机物A为反应物时抑制先生成的SNO2向SNO的转变，但是在反应物为NAOH时产物存在较大的差异，由此可推断沉淀剂不同（带氨基有机物A和NAOH）,反应的机理也存在差异，表面活性剂B在NAOH条件下不能抑制初期生成的SNO2向SNO的转变。（A）带氨基有机物AH2O（B）带氨基有机物AH2O表面活性剂B（C）NAOHH2O（D）NAOHH2O表面活性剂B。图6不同沉淀剂在是否存在表面活性剂时得到产物的XRD图图7反应物为带氨基有机物A沉淀剂时在120反应12H的SEM谱图。A没表面活性剂B，产物为SNOSNO2；B有表面活性剂B，产物为SNO2。三、结论通过溶液化学沉淀法，利用氯化亚锡和带氨基有机物A沉淀剂考察了纯氧化锡纳米材料的合成条件。实验及分析结果表明，在水和水乙醇混合体系中，在室温80反应6H都得到了纯的纳米氧化锡。但是在较高的120和180，反应产物的组成随着反应时间的变化呈现SNO逐渐增多的趋势，由此可以推断SNO2在低温80或高温短时间容易形成，但经历长时间或高温存在有SNO2向SNO的相转变。表面活性剂B的添加在带氨基有机物A沉淀剂条件下促进合成纯的SNO2，但是在NAOH作为沉淀剂时没有任何作用。产物基本形貌为棉花絮细片状添加表面活性剂B后可能颗粒较小，产物干燥后易团聚。四、后期研究计划目前，我们已在80的低温下成功地制备出纯的氧化锡纳米材料，但其最佳制备时长还有待进一步研究。寻找低温条件下纯的SNO2的最佳反应条件是我们日后研究的重点；其次表面活性剂B的添加对纯的SNO2形成的影响机理有待进一步分析与证明。在明确纯的氧化锡合成条件下，将进一步考察SNO2催化性能方面的应用等。参考文献1BRIRRINGERR,GLITERH,KLEINHP,ETALPHYSLETT,1984,102A23653692LIUY,LIUMLADVFUNCTMATER,2005,15157623HOUDEDONG侯德东,LIUYINKAI刘应开JINORGMATERWUJIHUAXUEXUEBAO,2002,1746916944IHOKURAK,WATSONJTHESTANNICOXIDEGASSENSORPRINCIPLESANDAPPLICATIONSLONDONCRCPRESS,19945TAMAKIJ,NAGAISHIM,TERAOKAY,ETALSURFSCI,1989,221121831966WANGYL,JIANGXC,XIAYNJAMCHEMSOC,2003,1255216176161777SAHMT,MADLERL,GURLOA,ETALSENSORACTUATB,2004,981481538NIRANJANRS,HWANGYK,KIMDK,ETALMATERCHEMPHYS,2005,9223843889HARRELDJH,SAKAMOTOJ,DUNNBJPOWERSOURCES,2003,1151192610CHAPPELS,ZABANASOLENERGMATSOLC,2002,71214115211VISHWAKARMASR,RAHMATULLAH,PRASADHCSOLIDSTATEELECTRON,1991,36134513412CHENYC,CHENJM,HUANGYH,LEEYR,SHIHHC2007SURFCOATTECHNOL202131313LIUY,YANGF,YANGXR2008COLLSURFA31221914ZHOUJX,ZHANGMS,HONGJM,FANGJL,YINZ200