[发明专利]一种二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料及其制备方法，所述二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的组成为(1‑x)SiO₂+xSnO₂，其中x为质量百分比，0.01＜x＜0.5，二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料包括二氧化硅凝胶骨架和分布在二氧化硅凝胶骨架的纳米孔道中的二氧化锡纳米晶。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料及制备方法，尤其是二氧化锡复合氧化硅气凝胶纳米材料及其制备方法，属于纳米多孔宽禁带半导体材料技术领域。

背景技术

二氧化硅气凝胶是一种平均孔径可以控制在在50nm以下，具有极大比表面积、高孔隙率和极低密度的纳米多孔材料，被广泛应用于催化剂载体、隔热、吸附等领域。将一些功能材料引入其纳米孔隙中可以提高其功能特性，例如与壳聚糖、纳米纤维、石墨烯、碳单质、金属铂、氧化铁等复合制备，分别应用于重金属离子的吸附、红外感应材料、双超绝缘体、锂离子电池以及化学催化剂等领域。因此积极探索基于半导体等功能材料体系的气凝胶结构，对拓宽其应用领域具有重要意义。

二氧化锡是一种具有良好的透明性、导电性和物理化学稳定性的宽带半导体氧化物材料，其禁带宽度高达3.8eV，具有独特的光学、电学及催化性能，被广泛应用于吸附催化、气敏传感器、半导体导电玻璃、太阳能电池等领域。相比于普通二氧化锡而言，纳米二氧化锡具有密度小、比表面积大、孔隙率高等优点，因而性能更为优越，用途更为广泛。目前，人们通常采用物理或化学或相结合的方法来制备二氧化硅与二氧化锡的复合材料，如已公开专利(CN 1532230A)和(CN 107138147A)提出的将二氧化硅固体分散到二氧化锡前驱体液的复合制备方法和公开专利(CN 104264282A)提出的静电纺丝技术，上述各专利内提出的制备方法存在成本高、步骤繁琐、效率低、实际实施难度高等缺陷。

纳米晶半导体材料由于其小尺寸效应、表面/界面效应，预期将具有独特的光学、电学、磁学等特性，从而极大地拓宽其在光、电磁器件中的应用，开展相关的研究非常必要。

发明内容

本发明的目的在于提供密度低、孔隙率高、分散效果好、对二氧化锡的理论包覆率高、二氧化锡结晶性与重复性良好的二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料及其制备方法。

一方面，本发明提供一种二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料，所二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的组成为(1-x)SiO₂+xSnO₂，其中x为质量百分比，0.01＜x＜0.5，二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料包括二氧化硅凝胶骨架、和分布在二氧化硅凝胶骨架的纳米孔道中的二氧化锡纳米晶。

较佳地，所述二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的孔隙率为89.2％-97.3％。

另一方面，本发明提供一种制备上述二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的方法，包括以下步骤：

(1)按二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的化学组成将水溶性锡盐溶于硅酸溶液中，得到二氧化锡-二氧化硅复合前驱体溶液；

(2)向所述二氧化锡-二氧化硅复合前驱体溶液中添加六亚甲基四胺和/或乙醇胺，并调节温度到50～90℃，使其发生胶凝，然后进行第一次老化，得到复合湿凝胶；

(3)将所述复合湿凝胶与溶剂、沉淀剂(锡盐沉淀剂)混合并调节pH值为8～14，沉淀完成后进行第二次老化，得到前驱体湿凝胶；

(4)对所得前驱体湿凝胶进行溶剂替换、干燥、热处理后，得到所述二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料。

较佳地，所述水溶性锡盐为四氯化锡(SnCl₄)、碘化锡(SnI₄)、五水四氯化锡(SnCl₄·5H₂O)、乙酸锡(C₈H₁₂O₈Sn)中的至少一种。

较佳地，所述沉淀剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的至少一种。