[发明专利]一种纳米级二氧化锡空心球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种纳米级二氧化锡空心球的制备方法。

背景技术

二氧化锡是一种重要的n-型宽带隙半导体材料，带隙宽度为3.6eV，在气体传感器、锂离子电池、催化剂和光电子器件等领域有广泛的应用前景。纳米级空心球结构的二氧化锡具有低密度、高比表面积、良好的渗透性等特点，大大提高了二氧化锡的气敏特性、电化学活性及催化活性等，从而引起了人们的广泛关注。

纳米级空心球结构的二氧化锡可采用牺牲模板法和无模板法制备，牺牲模板法采用硅球、聚合物胶体粒子或表面活性剂形成的胶束等作起始模板，首先将所需要的材料或材料的前驱体吸附或沉积包覆在模板的表面，然后通过溶剂溶解或高温煅烧将模板去除，最终得到纳米级空心球材料。公开号为CN 101012067A的中国专利以天然聚合物粉末为牺牲模板制备纳米级二氧化锡空心球材料，公开号为CN1789140A的中国专利采用氧化锌为牺牲模板制备纳米级二氧化锡空心球材料，这两种方法的不足之处：1)去除牺牲模板过程容易造成纳米球壳层的塌陷、破裂和不均匀；2)制备工艺复杂、成本高，工业化生产困难。公开号为CN101638247A的中国专利采用水热法处理硫酸亚锡水溶液制备纳米级二氧化锡空心球，实验发现其不足之处是当硫酸亚锡浓度超过一定量时，制备出的将是氧化亚锡和二氧化锡的混合物，很难获得高纯度的二氧化锡。公开号为CN102086044A的中国专利采用锡盐和碱反应制备纳米级二氧化锡空心球，不足之处是制备过程需要在前驱体溶液中加入适量乙二醇或聚乙二醇。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种工艺简单、成本低、能耗低的纳米级二氧化锡空心球的制备方法。

本发明是通过以下方式实现的：

一种纳米级二氧化锡空心球的制备方法，其特征在于：在pH值为1.0-4.0的酸性条件下，以亚锡盐和氧化剂为反应原料，采用水热法制备；亚锡盐为硫酸亚锡、氯化亚锡或草酸亚锡中的至少一种；氧化剂为双氧水、氯酸、次氯酸、氯酸盐或次氯酸盐中的至少一种，其中氯酸盐或次氯酸盐选自钾盐或钠盐；溶液pH值采用硫酸、盐酸、草酸或氢氧化钠中的一种调整。具体步骤如下：

(1)以水为溶剂，在搅拌条件下，加入亚锡盐，使其均匀分散于水中，得到溶液A，其中亚锡盐的含量为10-500mmol/L；

(2)在搅拌条件下，向溶液A中滴加氧化剂水溶液，氧化剂的用量控制在使其与亚锡盐的摩尔比为5-50，并调整溶液pH值介于1.0-4.0之间，得到溶液B；

(3)将溶液B转入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，在100-250℃温度下反应5-30小时，自然冷却至室温，经过分离得到固体产物C，分离过程通过离心分离或过滤方法实现；

(4)用去离子水反复洗涤固体产物C，直至无可溶性离子，得到固体产物D；

(5)将固体产物D在60-100℃温度下烘干，得到白色产物即为高纯度的纳米二氧化锡空心球。

与现有技术相比，本发明的优点体现在：

(1)未使用任何有机溶剂，副产物只有稀酸溶液、氯化钾或氯化钠，几乎无环境污染；

(2)采用的原料价廉易得，并且无需做任何前处理；

(3)得到的纳米级二氧化锡空心球尺寸均匀、形貌规整、纯度高和结晶度好；

(4)不使用任何模板，工艺简单、反应条件温和、能耗低和易于控制，特别适合于大规模工业化生产。

具体实施方式

下面给出本发明的五个实施例：

实施例1

一种纳米级二氧化锡空心球的制备方法，以硫酸亚锡和双氧水为反应原料，采用水热法制备，具体步骤如下：

(1)在搅拌条件下，将2mmol硫酸亚锡均匀分散于10mL蒸馏水中，得到浓度为200mmol/L的硫酸亚锡溶液A；

(2)在搅拌条件下，向溶液A中滴加30％的双氧水，控制双氧水与硫酸亚锡的摩尔比为50，并用稀硫酸调溶液pH＝2.0，得到溶液B；

(3)将溶液B转入30mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，在180℃反应15小时，自然冷却至室温，经过分离得到固体产物C；

(4)用去离子水反复洗涤C至无可溶性离子，得到固体产物D；

(5)将固体产物D在60℃温度下烘干，得到高纯度的纳米二氧化锡空心球，产率约为92％。

实施例2

一种纳米级二氧化锡空心球的制备方法，以草酸亚锡和次氯酸为反应原料，采用水热法制备，具体步骤如下：