[发明专利]一种二氧化锡纳米花阵列的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化锡纳米材料，具体涉及一种二氧化锡纳米花阵列的 合成方法，属于无机纳米材料制备技术领域。

背景技术

二氧化锡(Sn0₂)是一种重要的具有直接带隙的宽禁带半导体材料。它被广 泛应用于光电器件、气体传感器、催化反应、玻璃涂层、敏化太阳能电池和锂 离子电池的电极材料等方面。纳米结构的SnO₂由于尺寸效应与大块材料相比， 性能显著提高。研究证明，二氧化锡材料的性能有很大程度受尺寸，结构和形 态的影响。迄今为止，已经报道各种形貌的SnO₂纳米结构，如零维的纳米颗 粒，一维的纳米带、纳米棒、纳米线和纳米管，二维纳米片以及由这些低维纳 米结构组成的三维分等级结构等。

目前制备二氧化锡纳米材料的方法大体可以分为固相法、液相法和气相 法。固相法包括固相合成法、机械粉碎法等,这种方法转化率高,选择性好,能 耗低,污染小；但研磨过程中容易引入杂质,且粒度分布不均匀,对其实反应物 要求苟刻。气相法包括电弧气化合成法、激光诱导化学气相沉淀法、气体冷凝 法、化学气相沉积法等,气相法制备对技术和装备的要求非常高，不利于大规 模的生产。液相法制备二氧化锡纳米材料是应用较多的方法。液相法包括溶胶 -凝胶法(Sol-Gel)、水热法、溶剂热法、化学共沉淀法等。与其它合成方法相 比，水(溶剂)热法采用价格低廉的无机盐作为反应物，反应温度较低，其操 作简单，耗能低，污染少，已成为当前制备二氧化锡材料的重要方法。该法制 备的二氧化锡纳米材料纯度高、结晶好、最终产物的尺寸与形貌可控。

中国发明专利申请201510288677.4公开了空心结构二氧化锡纳米花的制 备方法，包括以下步骤：1)将ZnO、SnCl4、NaOH和溴化十六烷三甲基铵溶 解在水中，搅拌均匀，得到混合溶液，然后将混合溶液转移至密闭装置中， 160-200℃反应10-16h，得到的沉淀经洗涤、干燥，得到实心锡酸锌纳米花； 所述混合溶液中ZnO的浓度为0.003-0.005摩尔/升，SnCl₄的浓度为0.01-0.03 摩尔/升的，溴化十六烷三甲基铵的浓度为0.01-0.03摩尔/升，NaOH的浓度 为0.1-0.2摩尔/升；2)将步骤1)得到的实心锡酸锌纳米花高温退火，冷却， 得到实心混合纳米花；3)将实心混合纳米花加入硝酸水溶液中，静置8-48h 后，洗涤、干燥，得到空心结构二氧化锡纳米花；所述硝酸水溶液中，硝酸的 浓度为0.25-1摩尔/升。但该技术加入了溴化十六烷三甲基铵表面活性剂，并 需要高温退货处理，样品处理麻烦，成本高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有制备技术中存在的缺点，提供一种生产成本 较低，工艺过程简单易控制、能耗低、对环境无污染或污染较少，适合工业化 生产的由纳米柱组成的二氧化锡纳米花阵列的制备方法。

本发明通过简单的水热法，直接在金属铜基片上一步生长出了形貌可控 的、大面积，表面美观，均匀的由纳米柱组成二氧化锡纳米花阵列。反应过程 不采用任何其他的有机表面活性剂或有毒的溶剂，制备方法简单，成本低，环 境友好。所得纳米花阵列形貌可控，产率高，周期短，适合工业化生产。直接 在导电铜片上合成二氧化锡纳米花阵列，可直接制作器件。至今为止，通过水 (溶剂)热反应在铜片上大规模制备由纳米柱组成的二氧化锡纳米花阵列还未 见报道。

为实现本发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种二氧化锡纳米花阵列的合成方法，包括如下步骤：

1)将铜片依次用乙醇、稀硝酸和蒸馏水超声处理，在空气中风干待用；

2)将五水四氯化锡与去离子水搅拌混合均匀，控制溶液的浓度为0.02～6.0 mol/L，形成溶液A；将氢氧化钠和去离子水搅拌混合均匀，形成溶液B，氢 氧化钠在溶液B中的浓度为1.25～6.56mol/L；将溶液A和溶液B混合搅拌均匀， 溶液A和溶液B的体积比为9:1‐1:9；然后将铜片放置在反应釜中，封釜，在 140～220℃下水热反应4～48h，自然冷却至室温，反应产物在蒸馏水或无水乙 醇中浸洗，干燥，得均匀的纳米柱组成的二氧化锡纳米花阵列。

为进一步实现本发明的目的，优选地，所述铜片的规格为:长和宽分别为 2cm×1cm，厚度为0.02～0.5cm；铜片的纯度不少于99.5％。