[发明专利]一种花瓣形状SnO2纳米阵列的合成技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种绿色、环保的花瓣形状SnO₂纳米阵列的材料的合成，属材料技术 领域。

背景技术

由于材料维度的降低和结构特征尺寸的减小，纳米棒、纳米线等一维纳米材料具 有显著的表面和界面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应等，使其呈现出不同于传统材料的 新奇独特的电、磁、光、热等物理和化学特性，它们在光电子材料、传感器、催化剂等方面有 广阔的应用前景。目前，各种一维纳米材料如纳米棒、纳米线、纳米带、纳米管等相继被人们 所合成。作为一个宽带隙（在T=300K,Eg=3.6eV）的重要的n型半导体功能材料，二氧化锡 在许多领域已得到了广泛的应用，可用作催化剂和化工原料，可用于导电材料，传感元件材 料、半导体元件材料、电极材料及太阳能电池材料，薄膜电阻器，光电子器件等领域。SnO₂纳 米线、纳米带、纳米管、纳米棒、纳米环等一维纳米材料具有高的比表面积，具有较好的表面 吸附特性和表面活性，使其表现出较好的导电性、气体敏感、氧化还原等特性。然而这些一 维纳米材料的松散、无序性难以构建纳米器件、发挥其性能优势。一维纳米有序阵列可在多 种器件上进行应用。例如，当将一维纳米有序阵列用于光伏器件时，这些结构可以增加电荷 生成层与电荷传递层之间的界面面积，提高提取电荷的效率，从而提高其光电转换率。构建 纳米材料器件是发挥其性能优势的重要途径，在大范围内构筑成高度有序的纳米有序阵列 结构是一维纳米材料走向器件应用的关键。2001年M.H.Huang等人首先在《Science》上报 道高定向的ZnO纳米棒一维纳米有序阵列具有优异的紫外光发射特性，在室温下可作为紫 外光发生器来代替蓝光激光器，使人们认识到要让这些一维纳米材料走向器件应用的关键 是使之在大范围内构筑成为高度有序的一维纳米有序阵列结构。因此，制备取向性一致的 一维纳米有序阵列体系成为各国科学家研究的焦点，引起了国际上的广泛关注，大量的研 究随之快投入其中。而与量子点和量子阱相比，一维纳米有序阵列结构研究的发展较为缓 慢，主要的困难在于如何制备具有精确可控的维度、形貌、相纯度和化学成分的一维纳米有 序结构。

SnO₂纳米棒、纳米管等一维纳米有序阵列，如催化剂辅助气相-液相-固相外延生 长法、金属有机化学气相沉积法（CVD）、激光溅射沉积法、热蒸发氧化法（TE）等。然而这些方 法中多以昂贵的蓝宝石为固体基底，以贵金属金等为催化剂，需要贵重的仪器设备和及严 格的实验条件和复杂的实验程序。而湿化学法由于其设备简单、操作容易、成本低及有利于 大规模使用等特点，越来越受到人们的青睐。因具有操作比较简单，而且易于控制及低成 本，并且在密闭体系中可以有效地防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体等优 点，因此水热合成方法制备SnO₂一维纳米有序阵列更方便和更经济，水热合成是一种制备 SnO₂一维纳米有序阵列材料的重要技术。但是，用水热法制备SnO₂一维纳米有序阵列，需要 特殊的碱性或酸性溶液条件，添加表面活性剂，模板和催化剂等各种有机溶剂是该方法所 必需的辅助条件，例如人们通过加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、油胺、油酸、盐酸、庚 烷、聚乙烯吡咯烷酮、六次甲基四胺、盐酸氨水等来诱导SnO₂晶体的定向生长，合成了高比 表面的纳米棒、纳米管、纳米阵列、球形纳米棒、花形纳米棒等各种形貌的SnO₂一维纳米结 构。然而，一些有机溶剂往往具有有毒、有害、易挥发的性质，如庚烷，己醇，十二烷基硫酸 钠，氢氧化钠，氢氧化钾，NH₄（OH）和盐酸等，在使用过程中，对人体健康和环境具有显著的 负面影响。因此，开发不使用表面活性剂或添加催化剂等有毒、有害易挥发的有机溶剂作辅 助，通过调节水热反应前驱体溶液体系自身的热力学性质，利用晶体结构本征各向异性进 行调控生长和水热反应的特点，利用水热合成技术合成具有特定形状的SnO₂一维纳米有序 阵列材料及性质，具有重要的实际应用价值。

发明内容