[发明专利]一种自支持SnO2

说明书

本发明公开了一种自支持SnO₂纳米棒有序阵列材料的制备方法与应用，属于材料技术领域。本发明SnO₂纳米棒直径为6～50nm，长度为100～800nm；可掺杂贵金属或稀土金属，贵金属或稀土金属的掺杂量为0.5～10at％。本发明以SnCl₄·5H₂O为锡源，将SnCl₄·5H₂O加入到硝酸溶液中，在搅拌条件下反应20～30min得到溶液A；以尿素CO(NH₂)₂为燃料，将尿素CO(NH₂)₂加入到溶液A中，在搅拌条件下反应20～30min得到溶液B；将棉纤维加入到溶液B中混合均匀得到前驱体溶液；将前驱体溶液匀速升温至温度为500～800℃，恒温反应30～120min，冷却至室温即得自支持SnO₂纳米棒有序阵列材料。本发明自支持SnO₂纳米棒阵列材料对乙醛、乙醇或乙醚气体具有高的灵敏度、选择性和低的气体检检测极限，可制作成气体传感器，应用于气体传感领域，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种自支持SnO₂纳米棒有序阵列材料的制备方法与应用，属于材料技术领域。

背景技术

一维纳米材料如纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管、纳米丝以及多级的纳米线、纳米棒、纳米管阵列，由于材料维度的降低和结构特征尺寸的减小，具有显著的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应，呈现出不同于块体材料的电、光、热、磁等独特的物理、化学特性，在光电材料、传感器和催化剂等领域有广泛的应用前景。

SnO₂纳米线、纳米棒、纳米管等一维纳米结构具有高的比表面积、良好的表面吸附特性和更多的活性位点，使其表现出良好的导电性、氧化还原、气体敏感等特性。然而，这些一维的纳米材料由于其松散和无序性难以构建纳米器件，发挥其性能优势。纳米有序阵列作为纳米多级结构中典型的一种形式，不仅具有一维的纳米线、纳米棒等的结构特点，且阵列结构具有定向的取向性、较高的有序度以及大量有序的空间孔道，从而获得比表面积大、吸附性强、扩散系数大等优点。但目前，关于一维纳米有序阵列的研究依旧较为缓慢，其主要的难题在于如何制备出维度、形貌、成分精确可控的一维有序阵列结构。

目前，国内外已通过各种方法制备出SnO₂纳米棒、纳米管等有序阵列，如热蒸发法(TE)、化学气相沉积(CVD)、电化学法、水热法和气相—液相—固相外延生长法(VLS)等，其中常用的是水热法。然而，利用这些方法合成SnO₂纳米阵列时，大部分需要以石墨烯、ITO玻璃、金属Ti、泡沫“Ni”以及Fe-Co-Ni等一些非金属、各种金属以及合金作为生长基底、需要预先沉积SnO₂种子层，需要加入SDS、PVP等表面活性剂来诱导晶体形成中间生长基底或者种子层。其余一些合成方法在制备过程中，需要加入AAO等模板，或者需要利用贵金属Au等催化剂辅助晶体进行定向生长。总体来说，这些制备方法对仪器及设备的要求高、合成成本高、需要严格的实验条件和复杂的实验程序、实验周期较长，有些反应温度很高，同时需要控制好反应的气氛和条件。此外，生长基底的导电性、品质以及前期预处理对SnO₂的性能有很大影响。

因此，开发一种新颖的简单、经济、快速、宏量，不需要加入生长基底、表面活性剂、模板和催化剂，通过调节反应体系的热力学和动力学性质，利用制备方法本身的特点、晶体形核和生长特点以及晶体的本征各向异性，合成一维SnO₂纳米有序阵列的制备方法很有必要。

发明内容