[发明专利]一种在金属钛基底上生长的三维SnO2纳米花状材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学储能材料领域，特别是一种在金属钛基底上生长的三维SnO₂纳米花状材料及其制备方法。 

背景技术

SnO₂是一种环境友好型的n型半导体，禁带宽度为3.6eV。具有十分优异的化学、光电、气体传感、光学和电化学特性，是一种应用前景非常好的多功能材料。SnO₂在光催化剂、气体传感器、电容器和锂离子电池等方面具有其巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。 

为了使材料获得更优异的性能，人们将SnO₂制备成具有各种形貌的纳米材料，据文献报道SnO₂已成功制备出高比表面积的纳米片、纳米管、纳米棒、纳米线和纳米带。然而这些纳米材料大多制备复杂(需要添加剂或者需要模板)且为粉体材料，应用时需要均匀地压制在集流体上，同时使用一些有机粘合剂以提高其与集流体接触的牢固程度，且SnO₂等导电性较差，电子传输速率较慢，压制时还需要与一些导电剂混合，这一手段不仅让活性材料的部分比表面积丧失，降低了材料性能，也使电极制备过程繁琐。 

而直接在金属基底上生长SnO₂纳米材料则可避免上诉问题，但是目前对在基底上生长SnO₂纳米材料的研究较少，主要有以下主要代表：S.Ghosh等人(S.Ghosh，K.Das，K.Chakrabarti，et al，Template free synthesis of SnO₂ nanoflower arrays on Sn foil[J].CrystEngComm，2012，14：929-935)通过溶剂热法在锡金属片上生长像罂粟花的SnO₂纳米花，但是由于金属锡在酸碱中不稳定而限制其实际应用；A.C.Chen等人(A.C.Chen，X.S.Peng，K.Koczkur，et al.Super-hydrophobic tin oxide nanoflowers[J].Chem.Commun.，2004，1964-1965)通过将二丁基二月桂酸锡喷涂在钛金属片上，再通过热分解方法(350℃)在钛金属片上热解二丁基二月桂酸锡先制备出Sn纳米花，然后在高温下(500℃)氧化生成SnO₂纳米花，该纳米花材料在钛基底上分布不均匀，其花朵尺寸大，直径有100微米左右，相对而言材料比表面积就小了，因此会减小材料与反应物质的接触面积，从而影响材料性能，而且喷上去的这个方法长出来的材料与基底结合不稳，由于整个制备过程需要在较高温度下进行，因此制备方法复杂，对设备要求也高；T.Tsuchiya等人(T.Tsuchiya，K.Daoudi，I.Yamaguchi，et al.Preparation of tin oxide films on various substrates by excimer laser metal organic deposition[J].Applied Surface Science，2005，247：145-150)通过准分子雷射金属有机沉淀物将SnO₂膜制备在各种基底上(单晶硅基底，蓝宝石衬底，钛酸锶和TiO₂基底)，发现在不同的基底上，SnO₂膜的生长方向不同，同时生长的膜不是单晶SnO₂，而是多晶体的，单晶整个晶格是连续的，具有重要的工业应用，如在锂离子电池中，单晶体的有序晶面更有助于锂离子的插入和脱出，从而提高电池性能，因此该多晶的SnO₂膜难以推广应用。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在金属钛基底上生长的三维SnO₂纳米花状材料及其制备方法，该三维SnO₂纳米花状材料是直接生长在体钛基底上，制备工艺简单，具有较大的比表面积，能简化电极的制备工艺，且对酸、碱性环境稳定。 

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案： 

一种三维SnO₂纳米花状结构材料，由五水四氯化锡和氢氧化钠为原料，在金属钛基底上生成的三维SnO₂纳米花状材料，其中五水四氯化锡和氢氧化钠的摩尔比为1∶3～16。 

五水四氯化锡和氢氧化钠优化的摩尔比为1∶15。 

一种上述三维SnO₂纳米花状结构材料的制备方法，包括以下几个步骤：