[发明专利]一步水热法制备二氧化锡纳米棒簇的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米材料的制备领域，特别涉及一种一步水热法制备SnO₂纳米棒簇的制备方法。

背景技术

近年来，各种形式的半导体纳米材料因其在化学探测、可循环电源电极、集成电路、太阳能电池等领域广阔的应用，越来越受到科学工作者广泛的研究兴趣。纳米尺度的一维半导体材料的棒簇结构由于具有比表面积大、高度取向的性质，可用以制备气敏传感材料及催化载体。

二氧化锡(SnO₂)是一种重要的半导体材料，其应用非常广泛。近年来的研究表明SnO₂纳米结构具有独特的光学性能、电学性能、化学稳定性等，因此在透明电极、气体传感器、储存材料以及太阳能电池等方面显示出了诱人的应用前景，被认为是最有应用前途的半导体纳米材料之一。因此特殊SnO₂纳米结构的制备与应用研究具有非常重要的意义。

以有序生长的SnO₂纳米棒(带)为材料制备的气敏器件拥有的更好的灵敏度、响应时间、回复时间，而且对各种化学有毒气体也具有非常有益的响应，特别是近几年人们发现SnO₂纳米棒可作为产生极紫外光源的理想材料，极大地推动了有序生长的SnO₂纳米棒(带)的研究。

目前，人们已通过各种化学、电化学及物理的方法制备出具有高定向和各种形貌的SnO₂纳米棒、纳米管等一维纳米粒子，主要有化学法如溶胶——凝胶法、水热合成法、化学沉淀法和物理法如溅射法、气相沉积法、等离子体法等，但这些方法普遍存在着成本较高、制备过程较复杂等问题。因此，利用晶体结构本征各向异性和水热反应的特点，研究一步水热法制备SnO₂纳米棒簇的技术具有重要实际应用价值。

发明内容

本发明为了解决的技术问题，提供一种一步水热法制备SnO₂纳米棒簇的制备方法，该方法操作比较简单，容易规模化，对环境友好；所得的SnO₂纳米棒簇列具有规整的形貌，在气敏传感材料及催化载体方面有着广阔应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种一步水热法制备SnO₂纳米棒簇的制备方法：

将锡源和碱分别溶于去离子水中，结晶生长导向剂溶于去离子水和乙醇混合溶液中，将锡溶液和碱溶液混合均匀后，滴加结晶生长导向剂搅拌，使其形成Sn(OH)₆^2-溶胶，然后在120～260℃进行水热反应，使结晶中心按照一定晶体取向生长；反应结束后，自然冷却至室温，过滤，洗涤，干燥即可。

所述的锡源优选五水合四氯化锡或醋酸锡。

所述的碱优选氢氧化钠或氢氧化钾。

所述的锡源与碱的优选摩尔比为1∶1～50。

所述的氢氧化钠或氢氧化钾在水中的浓度优选为0.1-10mol/L。

所述的结晶生长导向剂优选为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或十二烷基硫酸钠(SDS)，浓度优选为0.1～1mol/L。

所述的水和乙醇混合溶液体积比优选为0.1～10:1。

所述的洗涤为优选用去离子水和乙醇洗涤。

所述的滴加结晶生长导向剂搅拌时间为10～50分钟。

所述的水热反应时间为8～48小时。

本发明的原理如下：

在碱性溶液中，Sn⁴⁺会形成溶胶：Sn⁴⁺+6OH^-→Sn(OH)₆^2-，随着反应时间的延长，Sn(OH)₆^2-溶胶在阴离子型结晶生长导向剂的辅助情况下进行Ostwald粗化过程，由浓度梯度使得溶质从小颗粒向大颗粒迁移，晶体学取向相同的纳米颗粒通过同一界面直接结合，自组装成为SnO₂三维基底。在随后的水热反应中，高温度高压力使新生成的SnO₂会在先前形成的薄层基底的结晶中心继续生长，按照一定晶体取向生长，最后形成垂直于基底的纳米SnO₂棒簇。

本发明通过采用不同的辅助条件来控制纳米SnO₂的形貌：