[发明专利]一种SnO2花状结构纳米材料及其水热制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种SnO₂花状结构纳米材料及其水热制备方法。

背景技术

SnO₂是一种典型的n型直接带隙宽禁带氧化物半导体材料，它具有以下几个方面的优点：(1) 室温下具有宽带隙（E_g=3.6eV）和高激子束缚能（130meV）；(2) 低成本；(3) 制备方法及产物形态结构多样。以上这些特点使得SnO₂在半导体器件和功能材料领域具有其独特的优势与宽广的应用潜力，尤其是SnO₂低维纳米材料已经在催化剂、锂离子电池的负极材料、电磁波吸收、太阳能电池、传感器、光电子器件等方面表现出了广阔的应用前景。同时，长径比可控的花状纳米结构SnO₂高度的多功能性，使其在纳米电子器件的制造中有着不可估量的应用前景。

近年来，关于低维SnO₂纳米材料的制备及应用已经得到了广泛的研究。L. Y. Jiang等人（Ling-Yan Jiang, Xing-Long Wu, Yu-Guo Guo, et al. SnO₂-Based hierarchical nanomicrostructure: facile synthesis and their applications in gas sensors and lithium-ion batteries [J]. J. Phys. Chem. C, 2009,113:14213-14219）在500℃下制备了花状SnO₂纳米结构，反应源物质含有多种有机成分，如：草酸、酒精等。该论文高温下制备的SnO₂花蕾是由多束纳米线构成的花瓣组成。D. F. Zhang等人（Dong-Feng Zhang, Ling-Dong Sun, Gang Xu, et al. Size-controllable one-dimensinal SnO₂ nanocrystals: synthesis, growth mechanism, and gas sensing property [J]. Phys. Chem. Chem. Phys., 2006, 8:4874-4880）采用微乳液辅助水热法制备了SnO₂纳米线，尽管所制备的SnO₂纳米线长径比有着较大的可调范围，但是反应温度仍然较高（为240℃），制备过程也比较复杂。中国专利（申请号：200910153400.5）提出了一种水热合成花状形貌SnO₂纳米结构材料的方法，该专利的材料是由SnO₂薄片组成的花状团簇。在目前的研究成果中，还没有发现由共球心且沿半径方向排列的单晶纳米线构成的SnO₂花状结构纳米材料的相关报道。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种SnO₂花状结构纳米材料及其制备方法，本发明采用水热法，通过控制反应体系中的[OH^-]/[ Sn⁴⁺]、[Sn⁴⁺]、反应温度、反应时间、体系压强等因素获得了一种花状结构SnO₂纳米材料。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术解决方案：

一种SnO₂花状结构纳米材料，其特征在于，该材料为三维花状纳米线簇，其花蕾由共球心沿半径方向排列的单晶SnO₂纳米线构成，所述纳米线直径为90~400nm，纳米线长度为950~1200nm，纳米线长径比为3.00~10.56。

上述SnO₂花状结构纳米材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

（1）将SnCl₄·5H₂O和NaOH分别溶于去离子水；将SnCl₄溶液在4~25℃条件下搅拌，搅拌过程中将NaOH溶液滴入SnCl₄溶液中，得到锡离子[Sn⁴⁺]浓度为0.1mol/L~0.3mol/L，氢氧根离子[OH^-]浓度为0.9mol/L~3.3mol/L，氢氧根离子与锡离子摩尔浓度之比[OH^-]/[Sn⁴⁺]=9~11：1的前驱体溶液；或者