[发明专利]一种单分散二氧化锡量子点水溶胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化锡水溶胶制备领域，尤其涉及一种单分散二氧化锡量子点水溶胶的制备方法，具体是二氧化锡颗粒尺寸为3～4nm的水溶胶的制备方法。

背景技术

二氧化锡作为一种具有直接带隙的半导体材料，其本征禁带宽度达到3.60eV，同时具有透光性好、导电性好的特点，被广泛应用于发光二极管、光伏电池、气体传感器、透明导电涂层、催化剂、锂离子电池等的制造中。在不同的领域，二氧化锡的晶粒尺寸都直接影响到其物理和化学性能：在气体传感器中，对不同气体的检测灵敏度都与二氧化锡晶粒尺寸直接相关，晶粒越小则比表面积越高，灵敏度越高；在光伏电池中，将二氧化锡的尺寸控制到量子点级别(＜5nm)，利用量子限域效应能进一步提高半导体的禁带宽度，可以有效提高光电转化效率。近几年来，二氧化锡作为一种有潜力的锂离子电池负极材料也受到了较多研究，在锂电负极中，减小活性物质的晶粒尺寸，可有效遏止材料在锂离子嵌入和脱出过程中发生的粉化和团聚现象，提高电池充放电循环寿命。

现有的制备二氧化锡纳米颗粒的方法多为溶胶-凝胶法、水热法和沉淀法，得到的二氧化锡晶粒尺寸较大，不均匀，且成品为粉体，其中的纳米颗粒呈团聚状态，难以再次分散，在各领域的应用中都受到局限。将二氧化锡纳米颗粒均匀分散于液体中使其形成溶胶，是一种有效保证纳米颗粒分散性的方法。

中国专利CN103787405A公开了一种金红石相二氧化锡溶胶的制备方法，此方法将无机锡盐溶液加热后混合无机碱得到沉淀，然后在沉淀物中加入解胶剂并在稀释后进行水热反应，最终离心分离出二氧化锡沉淀，分散在蒸馏水中得到二氧化锡溶胶该方法涉及到高温高压的水热反应过程，耗能高，并且有一定危险性，对设备有较高要求，不适用于大规模工业生产，并且由于水热过程中二氧化锡晶粒长大，最终得到的纳米颗粒尺寸较大，仅能保证小于20nm。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种反应条件温和、成本低廉的单分散二氧化锡量子点水溶胶的制备方法，得到的量子点水溶胶无色澄清透明且其中的二氧化锡颗粒极小，表现出来明显的量子介电限域效应。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种单分散二氧化锡量子点水溶胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备二氧化锡沉淀

搅拌状态下，在无机锡盐的水溶液中缓慢加入无机碱的水溶液，产生白色沉淀。

其中；无机锡盐包括二氯化锡、四氯化锡、硫酸亚锡或硝酸亚锡等无机锡盐中的一种或几种，无机锡盐的水溶液的浓度为0.05～5mol/L。无机碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等无机碱中的一种或几种，无机碱的水溶液的浓度为1～35mol/L。为保证无机锡盐的充分利用，反应中使用的无机碱溶液按化学计量为过量。

向无机锡盐的水溶液中缓慢加入无机碱的水溶液，会在加入的位置产生小范围的高浓度OH^-离子的环境，此过程中，使溶液中的Sn²⁺或Sn⁴⁺离子在含有高浓度OH^-离子的常温环境下以极快的反应速率水解，得到二氧化锡沉淀。由于机械搅拌的作用，结合高浓度的OH^-环境，使Sn(OH)₄在短时间内大量形核，并进一步分解为SnO₂纳米颗粒，由于在高浓度OH^-的环境下，SnO₂纳米颗粒表面电荷不稳定，迅速发生团聚，形成白色浑浊，并进一步沉淀，这种团聚自发阻碍了已形成的纳米颗粒与反应液中游离的Sn²⁺或Sn⁴⁺离子的接触，阻止颗粒长大。沉淀中的SnO₂晶粒尺寸可基本控制在3～4nm。

(2)分离和清洗二氧化锡沉淀

将步骤(1)产生的白色沉淀分离出来，并用水清洗。

其中，该步骤分离的方法包括过滤分离法或离心分离法，当采用离心分离法时，离心转速为500～20000r/min，离心时间为1～10min。该步骤清洗的方法为将分离出来的白色沉淀与水混合后再次分离，重复此过程数次，每次所用的水的质量为步骤(1)中所用无机锡盐的质量的5～100倍。重复数次去除沉淀中的OH^-离子、酸根离子、碱金属离子或NH₄⁺，以实现下一步骤中二氧化锡的胶溶过程。

(3)二氧化锡沉淀在水中胶溶

将步骤(2)清洗后的白色沉淀与水混合并搅拌。