水热法合成二氧化锡纳米晶粉实验报告

S n O 2纳米微晶的溶胶—水热法合成

2007级化学系应用化学专业 颜廷国 刘 峰

一、 前言

二氧化锡（2SnO ）纳米晶粉是一种半导体氧化物，具有很大的比表面积和表面吸附特性，因而被广泛应用于各种有害、有毒及可燃易爆气体报警的气敏材料和湿敏材料。

目前，制备超细二氧化锡（2SnO ）微粉的方法很多，包括溶胶—凝胶法、化学沉降法、激光分解法和水热合成法等，其中用水热法制备二氧化锡微晶有许多优点，如：

a) 由于反应是在相对较高的温度和压力下进行，因此有可能实现在常规条件下不能进行的反应。

b) 产物直接为晶态，使得晶粉粒度分布窄，晶体较完整；无须经过焙烧晶化过程，因此团聚较少，粒度均匀，形态比较规则。 c) 改变反应条件（温度、酸碱度、原料配比、矿化剂等）可能得到具有不同晶体结构、组成、形貌和颗粒尺寸的产物。 本文初步探讨了反应温度、介质酸度和反应物浓度对纳米二氧化锡的形成、形貌和粒状尺寸的影响。

二、 实验部分

1） 水热法制备纳米晶粉2SnO 的反应机理：首先是4SnCl 水解：HCl OH Sn O H SnCl S 4)(4)(424+⇔+形成无定形的4)(OH Sn 沉淀，

接着发生4)(OH Sn 的脱水缩合和晶化作用：O nH SnO OH nSn 2242n )(+−−−−→−在一定温度下形

成2SnO 纳米微晶。

2） 试剂：实验中所用的四氯化锡、醋酸铵、乙醇（95%）、冰醋酸、氢氧化钾均为分析纯（AR ）试剂。

3）实验仪器：烧杯、容量瓶（50ml ）、玻璃棒、酸度计（pHS-3C 型）、聚四氟乙稀衬里不锈钢压力釜、台式烘箱、离心机（附带离心管）、表面皿、电子天平、研钵、真空泵、抽滤装臵、PH 试纸。 4）实验试剂的准备：

反应液的配制：分别配制浓度分别为0.5mol/L 、1.0mol/L 、2.0mol/L 的4SnCl 溶液。

缓冲液的配制：取77.08克醋酸铵固体与59ml 冰醋酸充分混合配制成PH 约为4.5的缓冲液。

配制浓度为6.0mol/L 的氢氧化钾溶液。

5）合成反应：以分析纯四氯化锡（4SnCl 〃O H 25）为原料，用蒸馏水配制成的一定浓度溶液在一定温度下，按一定K/Sn 摩尔比边搅拌边加入KOH 溶液至溶液PH=1.45，将溶液注入具有聚四氟乙烯衬里的不锈钢压力釜中，在160°C 下进行水热恒温晶化1.5小时，待反应釜冷却至室温，倒出反应釜中反应产物至离心试管中，加入醋酸铵—醋酸缓冲液离心洗涤4—5次，最后用95%的乙醇洗涤两次，于80C 0下干燥，然后研细。

三、 2SnO 纳米晶粉合成条件的探讨

1） 反应物浓度的影响

在水热反应温度为160°C 时，考察4SnCl 浓度(0.5mol/L 、1.0mol/L 、2.0mol/L)对2SnO 形成的影响，XRD 分析表明：4

SnCl

浓度对

2

SnO的平均晶粒尺寸影响不大，但是增大反应物浓度容易导致产物的聚结并使产率降低*。

The yield in different concentrations如下表1

* Concentration/mol〃L1

—Yield(%)

0.5 55

1.0 35

2.0 20

反应物浓度对

2

SnO产率的影响，如下表2

浓度（mol/L）0.5 1.0 2.0 2

SnO产率(%) 85.1 67.2 49.7

2) 介质酸度的影响

改变介质酸度，控制其他条件不变，观察溶液的变化，如下表3 反应介质PH值PH<0.1 PH=1.45 PH>1.45

溶液现象变化未沉降未沉降溶液粒

度迅速增大

出现沉降

2

SnO形态变化产物呈半透明

或透明凝胶状呈凝胶状外观呈白色、

不透明粉末状

反应介质的酸度对

2

SnO微晶的形成、形貌及其颗粒尺寸有较大影响。该实验中选用6.0mol/L的KOH溶液调节反应液的PH值。

小结：PH<0.1时，反应介质酸度较高，

4

SnCl水解受到抑制，大量

4

Sn离子残留在反应液中，导致体系中2

SnO晶核的数量相对较少，PH=1.45时，4

SnCl水解较完全，大量4)

(OH

Sn质点形成，在水热条

件下发生脱水缩合，形成大量2SnO 微晶。 3） 反应温度的影响

实验中取反应物浓度为0.5mol/L ，反应时间为1.5h ，介质酸度 为PH=1.45条件下，仅改变反应温度，比较2SnO 纳米微晶的产量。 温度对2SnO 纳米微晶产量的影响如下表4 反应温度（C 0） 140 160 180 2SnO 的产量

（g ） 1.97

2.48

3.25

小结：在不同温度下所形成的产物都是四方晶系的2SnO 。由于温度升高将会促使4SnCl 水解和4)(OH Sn 的脱水缩合，因而产率随之增加。

四、反应产物的表征

1）物象分析。用多晶X 射线衍射法（XRD ）确定产物的物象。

在JCPDS 卡片集中查出2SnO 的多晶标准衍射卡片，将样品的d 值和相对强度与标准卡的数据相对照，确定产物是否为2SnO 。

2）平均晶粒尺寸。由多晶X 射线衍射峰的半高宽，用Scherrer(谢

勒)公式求算：

hkl D =

hkl

os ··ϑβλ

c K 计算产物在hkl 方向上的平均晶粒尺寸，其中β

为扣除仪器因子后hkl 衍射的半高宽（弧度）；K 为常数，通常取0.9；

hkl ϑ为hkl 衍射率的衍射角；λ为X 射线的波长。

3）颗粒尺寸。用透射电子显微镜（TEM ）观测产物的形貌和颗

粒尺寸。