[发明专利]一种分等级锡酸锌大孔材料的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及锡酸锌纳米材料的制备领域，更具体地，涉及一种分等级锡酸锌大孔材料的制备方法。

背景技术

大孔材料是一类重要的纳米结构材料，在光催化、吸附、分离、药物释放、气体传感器、锂离子电池、太阳电池等领域具有很多重要的应用。合成空心材料的策略有硬模板法(碳模板、硅模板、有机聚合物模板和金属颗粒模板等)、软模板法(气泡、油滴、大分子、胶束、微乳液)和无模板法(oswald熟化、Kirkendall扩散)。

由纳米颗粒组成的分等级大孔结构材料的可控制备是目前纳米材料领域的研究热点。三元氧化物锡酸锌的带隙为3.6 eV，其电子迁移率高达10~15 cm² V^-1s^-1，在酸性的N719染料中具有较稳定的性能，且其性能容易调节。目前，国际上研究报道了水热合成8 nm 锡酸锌颗粒，其光电效率已达到4.7 %。分等级纳米结构材料由于具有较快的电子传输、较好的光散射能力等优点而引起了巨大的关注，被认为有可能大大提高电池的光电转换效率，然而关于分等级锡酸锌大孔光阳极材料，目前文献上还没有相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术的上述不足，提供一种分等级锡酸锌大孔材料的制备方法，该方法具有简单、方便、快速及重现性好等优点。

本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种由上述制备方法制备得到的分等级锡酸锌大孔材料及其应用。

本发明所要解决的上述技术问题通过以下技术方案予以实现：

一种分等级锡酸锌大孔材料的制备方法，包括如下步骤：

S1. 将锡盐、锌盐和模板分子与由有机溶剂和水组成的混合溶剂混合，形成均匀混合液，调节pH值至碱性，进行原位水热反应，反应结束后对产物进行分离、洗涤、干燥； 

S2. 将S1.中得到的产物进行加热锻烧或酸处理除去模板分子，得到由锡酸锌纳米颗粒组成的分等级锡酸锌大孔材料；

其中，所述的模板分子为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、碳微球或二氧化硅微球；

所述锡酸锌纳米颗粒的粒径为3~30 nm；所述分等级锡酸锌大孔材料的粒径为50~2000 nm。

本发明首次利用聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、碳微球或二氧化硅微球作为模板，制备分等级锡酸锌大孔材料，该方法具有简单、方便、快速及重现性好等优点。通过优化实验条件可控制锡酸锌纳米颗粒的尺寸和分等级锡酸锌大孔材料的孔径。

所述分等级锡酸锌大孔材料的孔径主要通过模板分子的尺寸来控制。

作为一种优选方案，所述的模板分子为聚苯乙烯（polystyrene, PS）微球。

所述聚苯乙烯微球的状态，可以是PS微球分散在水溶液中，也可以是合成PS微球形成的乳液。

作为一种优选方案，所述聚苯乙烯微球优选为合成PS微球形成的乳液。

所述合成PS微球形成的乳液的制备方法可以参考现有技术进行，也可以按下述方法进行：量取670 mL H₂O加入到1000 mL三颈烧瓶中，加热至95℃并保持恒温，然后通入N₂，10 min后，加入称量好的42g苯乙烯，持续搅拌15 min，加入50 mL 0.29 M 过硫酸钾，稳定条件下反应24h，得到200nm的PS乳液。

调节上述制备方法中的反应温度、苯乙烯的浓度及过硫酸钾的浓度，可以获得大小不同的PS乳液。 

作为一种优选方案，S1.中锡盐的摩尔浓度为0.005~1.0 mol/L。

作为一种优选方案，S1.中锌盐的摩尔浓度为0.01~2.0 mol/L。

作为一种优选方案，所述锡盐为草酸亚锡、硫酸亚锡、氯化亚锡、硝酸亚锡或氯化锡。

作为一种优选方案，所述锌盐为醋酸锌、氯化锌、硝酸锌或硫酸锌。

作为一种优选方案，S1中所述有机溶剂为一缩二乙二醇（二甘醇）、乙二醇、正丙醇、异丙醇、1，2-丙二醇、正丁醇、1, 4-丁二醇、正戊醇、聚乙二醇或丙三醇；

作为一种优选方案，S1.中所述混合溶剂中，水的体积占混合溶剂体积的5~95%。

作为一种优选方案，所述的pH值为8~14。

作为一种优选方案，调节pH值所用的碱为二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺、氢氧化钠、氢氧化钾或/和氨水， 

作为一种优选方案，S1.中所述原位水热反应的加热是通过烘箱完成的，反应温度为120~250℃。