[发明专利]一种五角锥形状SnO2纳米有序阵列分级结构构造体纳米材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种五角锥形状SnO₂纳米有序阵列分级结构构造体纳米材料的制备方法及应用，属于纳米有序阵列材料技术领域。本发明由直径为4～50nm的纳米棒组成五角锥形状SnO₂纳米有序阵列分级结构构造体纳米材料。本发明以Na₂SnO₃·4H₂O为锡源，将锡源溶解于去离子水中形成溶液A；在搅拌条件下，将无水乙醇逐滴滴加至溶液A中反应30～60min形成溶液B；将溶液B置于超声波条件下进行超声处理反应20～60min形成前驱体溶液反应体系；将前驱体溶液反应体系置于温度为180～250℃条件下反应24～72h，冷却，固液分离，依次采用去离子水和无水乙醇洗涤固体，固体烘干即得五角锥形状SnO₂纳米有序阵列分级结构构造体。本发明五角锥形状SnO₂纳米有序阵列分级结构构造体纳米材料可用于制备气体传感器。

技术领域

本发明涉及一种五角锥形状SnO₂纳米有序阵列分级结构构造体纳米材料的制备方法及应用，属于纳米有序阵列材料技术领域。

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。然而这些一维纳米材料的松散、随机取向无序性难以有效发挥其性能优势和构建纳米器件。相反，一维纳米阵列因为几何定向有序提供了用于快速电荷载流子传输的直接传导通路，能够实现导电电子的高迁移率。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。

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，但是一维纳米有序阵列结构研究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。

由于具备较高的比表面积和表现出特殊的物理化学特性，三维(3D)分层纳米有序结构被认为是改善材料性能的最有效方法。通过有目的可控制方式排列纳米阵列，利用各种物理化学手段操纵它们组装形成一定的空间架构，构建出各种新颖的三维(3D)分级有序纳米结构。一方面，分级结构3D纳米有序阵列可以充分展现一维纳米有序结构基元的原始的性能优势；另一方面，由于多级架构的特殊空间结构所具有的几何效应，使分级3D一维有序结构具有优异和新颖的物理化学性质。迄今为止，人们已经通过各种途径用纳米棒、纳米线、纳米管等成功构建具有优异和新颖物理化学性质的多级3D有序阵列结构。但是，仍然难以合成新颖的分级3D有序纳米结构材料技术及其优异和新颖物理化学性质。

现有技术中，采用热蒸发法、化学气相沉积(CVD)和水热路线等各种技术方法构建组装、生长新颖的三维(3D)SnO₂有序阵列分级结构，但是催化剂辅助气相-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。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。