[发明专利]一种SnO2三维空心球纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备工艺领域，涉及一种SnO₂三维空心球纳米材料的制备方法，特别涉及一种一步式水热制备方法。

背景技术

SnO₂是一种禁带宽度为3.6eV的n型直接带隙半导体，由于具有较好的化学及热稳定性，对还原性气体具有敏感的感应性，以及自身特殊的电子结构——饱和的价带和空的导带，使得它在气敏和生物传感、锂电池负极材料、敏化太阳能电池、光电子原件、催化剂等方面有着广阔的应用潜力。

多年研究表明纳米材料具有明显不同于单分子和块体材料的独特性能，而且学者们也普遍认为材料的尺寸和形貌与其自身的物理、化学、光学和催化性质息息相关，因此设计构建轮廓鲜明、尺寸规则、形貌可控、分散性较好的SnO₂纳米材料，如一维纳米棒、纳米线、纳米管，二维纳米片、多层膜，三维结构，引起了世界各国科学工作者的关注。其中由低维纳米构筑单元组装而成的三维结构，因其拥有有利于气体分子分散的多孔表面、有助于吸附较多气体分子的较大比表面积、较强的吸附能力、出色的稳定性而值得特别关注。

近年来有关SnO₂三维纳米材料制备及应用的报道广泛。H.K.Wang等人(H.K.Wang，F.Fu，F.H.Zhang，H.E.Wang，S.V.Kershaw，J.Q.Xu，S.G.Sun and A.L.Rogach，J.Mater.Chem.2012，22，2140)以NH₄F或NaF为形貌控制剂，非模板法水热合成了微米级SnO₂实心球和空心球，优点在于易操作、成本低，但是球的直径较大，形貌不规则，团聚现象严重；F.Gyger等人(F.Gyger，M.Hübner，C.Feldmann，N.Barsan and U.Weimar，Chem.Mater.2010，22，4821)以十二烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂，以己醇作为辅助表面活性剂，以正十二烷作为油相，以Sn(Ot-Bu)₄作为SnO₂的前驱体，以乙二醇作为反应终止剂，通过微乳液法合成了纳米级SnO₂空心球，优点在于球的尺寸只有几个纳米，分散均匀，但是原材料多为有机溶剂，且大量使用表面活性剂，制备方法不环保；X.M.Yin等人(X.M.Yin，C.C.Li，M.Zhang，Q.Y.Hao，S.Liu，Q.H.Li，L.B.Chen and T.H.Wang，Nanotechnology，2009，20，455503)以碳球为模板，以水热法将Sn(OH)₄预沉淀到模板上，最后通过煅烧将模板去除，从而获得SnO₂空心球，操作程序繁琐，且浪费资源、能源。目前，以常见的无毒无害的原材料作为SnO₂前体，无需各种表面活性剂或模板的辅助，通过简单易操作且环保的方法制备出形貌规则、尺寸均一、轮廓鲜明、分散较好的SnO₂三维空心球鲜有报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述技术的不足，提供一种操作简易、无污染、成本低、产品分散性好的一步式水热法，通过调控反应体系中原材料用量、反应温度和时间、搅拌和超声条件等外界因素，制备出了一种吸附能力强、晶体粒径小、具有三维结构的SnO₂空心球纳米材料。

一种具有三维结构的SnO₂空心球材料，其特征在于，该材料的三维空心结构是由一维的SnO₂纳米棒自组装定向聚集而成，其平均直径为190nm，外壁厚约50nm，晶体粒径在12nm左右。

本发明的技术方案如下：

(1)SnO₂前驱体溶液的制备：将0.8～3.00ml浓盐酸逐滴加入到0.12～0.48g锡粉中同时搅拌，然后加入30～90ml无水乙醇，得到白色溶液；

(2)水热反应：将上述步骤(1)中制得的白色溶液转移到反应釜中，密封后于180～200℃下反应6～12h；

(3)洗涤：将上述步骤(2)中的产物经反复水洗、醇洗、高速离心后干燥，得到具有三维空心球形貌的SnO₂白色粉末。

本发明中的搅拌条件为室温～50℃下搅拌0.5～2.5h。

本发明中，可以将上述步骤(1)中制得的白色溶液在转移之前进行超声处理，超声处理为超声频率100Hz下处理不超过0.5h。