[发明专利]FTO导电材料的溶剂热合成方法

说明书

FTO导电材料的溶剂热合成方法，先将锡盐溶解于醇类溶剂中，然后加入氧化剂和氟化物，配制成溶剂热母液；向溶剂热母液中加入单质锡、氧化亚锡或氢氧化亚锡，充分混合后，将全部物料转入具有高耐腐蚀性的密闭压力容器中；对密闭压力容器进行加热，在110～290℃进行溶剂热反应，反应时间为0.5～96小时，反应可以在单一温度一次完成，也可在不同温度分阶段完成；溶剂热反应完成后，待物料冷却至室温并用水清洗后，在50～220℃烘干，即得到FTO导电材料。

技术领域

本发明属于FTO导电材料技术领域，具体涉及一种FTO导电材料的溶剂热合成方法。

背景技术

电化学过程是一种重要的物理化学过程，常常伴随着能量和物质的转移，以及物质的氧化还原，在新能源、环境保护、催化和传感检测等领域具有不可替代的应用价值。电化学过程要求电极具有一定的导电性。金属氧化物具有许多优点，如比表面积大、表面活性位丰富、吸附性强、易于合成等等，但由于导电性相对较差，一般不适合直接作为电极使用。

导电氧化物在一定程度上弥补了这一缺陷。目前已知导电性较好的氧化物有氧化钌、氧化铱、β-氧化铅、锑掺杂二氧化锡（ATO）、氟掺杂二氧化锡（FTO）、锡掺杂氧化铟（ITO）、铝掺杂氧化锌（AZO）等，但除去贵金属（如钌、铱、铟）和剧毒金属（如铅、锑）之后，原料较为易得且环境友好的导电氧化物只有FTO和AZO。AZO由于化学稳定性不佳，其在电极上的应用受到了一定限制。因此，相对而言FTO是一种具有成本优势和环境优势的导电金属氧化物，未来可能在更多的领域得到应用。

氟掺杂二氧化锡（FTO）是一种常见的导电氧化物，其在电子、光伏等领域具有广泛的应用。FTO的制备方法有化学气相沉积法（CVD）、溅射法、溶胶凝胶法、喷雾热解法、水解焙烧法等。氟原子的掺杂和二氧化锡的晶化度在很大程度上决定了FTO的导电性能。因此，目前FTO的制备方法均需要在高温进行处理（如400～800℃），以使得二氧化锡晶化良好，并且使氟原子替代二氧化锡晶格中的氧原子，形成施主掺杂以提供载流子。然而，高温处理往往会使得氧化物表面的羟基发生缩合脱水而急剧减少，同时伴随着晶粒的长大和材料比表面积的显著下降，这对于金属氧化物发挥其高比表面积和高表面活性是极为不利的。可以说FTO的制备方法是影响其在更多领域得到应用的一个重要因素。因此，开发出新的材料制备方法，以便在保持FTO良好导电性的同时赋予其更高的表面活性，具有重要的意义。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种氟掺杂二氧化锡（FTO）导电材料的溶剂热合成方法，用于制备同时具有良好导电性和丰富表面羟基的高活性FTO材料。

技术方案：FTO导电材料的溶剂热合成方法，包括如下步骤：1）先将锡盐溶解于醇类溶剂中，然后加入氧化剂和氟化物，配制成溶剂热母液；溶剂热母液中，锡盐的摩尔浓度为0.02～1.5mol/L；2）向溶剂热母液中加入单质锡、氧化亚锡或氢氧化亚锡，充分混合后，将全部物料转入具有高耐腐蚀性的密闭压力容器中；以上物料中，单质锡、氧化亚锡或氢氧化亚锡与锡盐的摩尔比为（0.1～3）:1，氧化剂与单质锡、氧化亚锡或氢氧化亚锡的摩尔比为（0.5～5）:1，氟化物与总锡（锡盐与单质锡、氧化亚锡或氢氧化亚锡的总和）的摩尔比为（0.02～2）:1；3）对密闭压力容器进行加热，在110～290℃进行溶剂热反应，反应时间为0.5～96小时。4）溶剂热反应完成后，待物料冷却至室温并用水清洗后，在50～220℃烘干，即得到FTO导电材料。

上述锡盐为四氯化锡、氯化亚锡、硫酸锡、硫酸亚锡、四氟化锡、氟化亚锡、醋酸锡或硝酸锡。

上述醇类溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇、叔丁醇或正丁醇。

上述氧化剂为过氧化氢、臭氧、过硫酸盐、过碳酸盐、氯酸盐或次氯酸盐。

上述氟化物为氢氟酸、氟化钠、氟化铵、四氟化锡或氟化亚锡。

优选的，上述锡盐的摩尔浓度优选0.1～0.5mol/L。