[发明专利]一种空心立方体结构二氧化锡的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备的技术领域，具体涉及一种空心立方体二氧化锌颗粒的制备方法，该类空心结构在亲民传感器领域中表现出优异的气敏性能。

背景技术

近些年，无机空心微纳米结构由于其在催化、光电传感器、药物传输载体等方面的出色应用前景而备受人们的关注。迄今为止，通常的所使用的制备诸如CuO2、ZnO、Fe2O3等空心结构的方法有软硬模板法、化学置换法、科恩达尔效应和自组装、固体热分解过程等手段。然而上述手段由于受到传统模板的限制，很难得到立方体形貌的产物；又或者存在成本昂贵环境污染等诸多问题。因此，寻找一种可控形貌，高效环保合成空心立方体二氧化锡的新方法具有重要的学术意义和应用前景。

二氧化锡，作为一种宽带隙的n型半导体，由于其化学稳定性好，耐腐蚀性强，对气体吸附脱附时间短且灵敏度高，从上世纪60年代起开始作为气敏材料被广泛的应用。而由于二氧化锡在可见光范围内的吸收率几乎为零故而透过率极高，所以在光学领域也有广泛的应用。而随着纳米技术突飞猛进的发展，对于二氧化锡的研究不止局限在气敏特性和电池方面的应用。如在导波光学、晶体管、光学传感器方面，二氧化锡都存在很大的应用前景。而随着二氧化锡的广泛研究，包括热蒸发法、激光烧蚀法、固相合成法溶液法等都被运用于制备二氧化锡纳米颗粒。2008年，Wu等人利用氨基酸辅助水热法制备出尺寸小于10nm的二氧化锡纳米晶(Wu,S.,Cao,H.,Yin,S.,Liu,X.,&Zhang,X.2009.The Journal of Physical Chemistry C,113,17893-17898.)；2011年，Das等以氯化亚锡和六亚甲基四胺为原料，采用液相沉积法制备出了200nm的二氧化锡颗粒(Das,S.,Kim,D.Y.,Choi,C.M.,&Hahn,Y.B.2011.46,609-614.)；同年Kim等利用水热法合成出了光滑的实心二氧化锡颗粒(Kim,H.R.,Choi,K.I.,Lee,J.H.,&Akbar,S.A.(2009).Sensors and Actuators B:Chemical,136,138-143.)。然而以合成方法都是在比较高的温度下实现的或者使用了比较特殊的添加剂，提升了成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术存在的缺点，提供一种操作简单、形貌可控、生产成本低的空心立方体二氧化锡颗粒的制备方法。

本发明采取的具体技术方案如下：

一种空心立方体结构二氧化锡的制备方法，步骤有：

首先将浓度为0.2摩尔/升的SnCl₄·5H₂O乙醇溶液与浓度为0.1摩尔/升的ZnCl₂的溶液搅拌混合，再按每3毫升混合溶液使用5毫升的用量滴加浓度为0.48摩尔/升的氢氧化钠溶液，充分搅拌至溶液呈乳白色，之后将其静止在空气中24小时，再按每9毫升混溶液使用4毫升的用量缓慢滴加浓度为2.0摩尔/升的氢氧化钠溶液，充分搅拌后将混合溶液在室温空气中静止放置24小时，最后60℃烘干得到空心立方体的锡酸锌。将制得空心立方体锡酸锌在850℃空气环境下退火30分钟，冷却至室温后，按每1毫克样品使用0.1毫升的用量加入浓度为10摩尔/升的硝酸溶液，最后将所述混合溶液在空气中静止2小时得到空心立方体结构二氧化锡。

本发明的操作步骤主要分为三个阶段：第一步为制备空心立方体的锡酸锌颗粒过程，利用常温液相合成方法在包含锌源、锡源、还原剂的混合水溶液制备合成锡酸锌，通过控制调节反应液中NaOH浓度合成空心立方体锡酸锌颗粒；第二步为高温退火锡酸锌颗粒，使之通过高温反应在保证形貌不变的同时生成二氧化锡和锡酸锌的混合相；第三步为硝酸溶液刻蚀混合相过程，通过二氧化锡和锡酸锌在酸性硝酸溶液中的溶解度差异，使混合相中的锡酸锌溶解，从而在不破坏原空心立方体结构的同时制备出二氧化锡的纳米颗粒。

本发明有以下益处：

1、合成形貌特殊，制备出的二氧化锡立方体为空心介孔分等级结构，比表面积大，气敏性能优异。

2、成本低，实验采用的均为普通化学实验药品，价格低廉。

3、重复性好，实验步骤简单，容易控制，重复性好。

附图说明

图1是实施实例1制备的空心立方体锡酸锌颗粒的扫描照片图。

图2是实施实例1制备的空心立方体结构锡酸锌和二氧化锡的混合物颗粒的扫描照片图。

图3是实施实例1制备的空心立方体结构二氧化锡颗粒的扫描照片图。