介孔二氧化锡文献总结

SnO2介孔材料的制备研究进展

二氧化锡是一种n型半导体材料，带隙（Eg）为3.6ev，除具有良好的阻燃和导电性能外，还有反射红外线辐射和吸附以及稳定性高等特点，因此在工业上有着极为广泛的应用。可用于有机物氧化的催化剂和气体传感器[1，2]，蓄电电池[3]以及光电设备[4]中。而介孔二氧化锡相较于二氧化锡块体材料，具有更为优越的性能，如比表面积更大。孔材料的这种优势在很早以前就被发现，但是开发这种新材料面临着一个巨大的挑战，就是怎么样设计出精确的合成路线，以控制材料的组成、结构性质和高孔隙率。事实上，以模板剂或结构导向剂至孔的软化学制备路线正逐步的开拓新的孔材料。美国Mobil公司的Beck等[5]在温和的水热体系中合成出了具有均匀规整孔道结构和狭窄孔径分布的新型中孔分子筛材料FMS-16和M41S。这类中孔硅材料具有孔径分布狭窄的介孔(1.5~10.0nm)、大比孔容、高比表面积和强吸附能力，并可根据需要调整孔径和酸性密度、强度，预示着这类分子筛在渣油催化裂解、重油加氢、润滑油加氢、烷基化、烯烃聚合等酸性催化领域及石油化工的分离过程中具有广阔的应用前景。它的出现使孔材料的研究由微孔进入中孔阶段，成为孔材料发展过程中的一个重要里程碑。在此后不久，这种制备技术被应用于制备其它的介孔金属氧化物。这些介孔材料具有大的比表面积、狭窄的孔径分布使其在催化剂、分子筛、气体传感器以及固体离子电极等方面极具竞争力[4]。

本文综述了近年来介孔SnO2的制备路线，结构和表征方法。

一、介孔二氧化锡的制备

介孔二氧化锡的制备方法很多，包括模板法、溶胶－凝胶法、水热合成法以及阳极氧化法等。其中最为主要的方法是模板法。

1.模板法

模板法是利用模板剂（如表面活性剂）分子与无机物种在一定的条件下通过静电吸引、氢键等作用力界面组装形成有机物－无机物的复合物，从而实现对介孔材料的剪裁。它可以控制材料的结构性质包括外形，内部孔隙率和比表面积。模板剂种类繁多，可以是表面活性剂、无机晶体或生物材料等。不同的模板剂，与无机前体的作用力也各不相同，而呈现出不一样的合成路线。如下表所示：

表1几种典型的中孔材料合成路线a

合成路线S+I-S-I+S-X-I+S-M+I-S0I0

作用力静电引力氢键

示意图

+

+

X

+

M+N

H

H

O

O

O

a. S+表示阳离子表面活性剂，如长链烷基季铵盐、长链烷基吡啶盐或双阳离子(Gemini)型季铵盐等；S-表示阴离子表面活性剂，如各种盐型(如羧酸盐、硫酸盐等)和酯盐型(如磷酸酯、硫酸酯等)；S0表示非离子表面活性剂，如聚烷氧基醚、非离子Gemini型长链烷基

伯胺和二胺等；X-表示Cl-、Br-等；M+表示Na+、H+等。

不同合成体系中形成介孔的一个共同点是表面活性剂极性端与无机物种之间存在界面作用力。改变两相界面作用力的类型或调变其相对强度(如改变胶束表面电荷密度可调变两相静电引力大小，改变反应温度可以调变氢键作用的大小)可以使合成路线多样化。

近年来，科学家对此展开了广泛和深入的研究，取得了较大的进展，发展了多种方法。

在这里，我们按照模板剂的类型分别对如下方法展开介绍。

根据模板剂荷电类型的不同，可分为四种类型：

（1）阴离子模板法（2）阳离子模板法（3）中性模板法（4）混合模板法

1.1 阴离子模板法

该合成路线采用阴离子表面活性剂为模板剂，通过静电引力相互作用合成介孔二氧化锡。

Qi等 [6]首次以十二烷基磺酸钠为模板剂，加入SnCl4老化制得了无序的介孔二氧化锡，其孔壁部分晶化，但该产物不稳定，400℃焙烧介孔坍塌。Scott等人[7]利用尿素水热后处理提高了稳定性。另外，将二辛基磺基琥珀酸盐（AOT）和SnCl4或SnAc按摩尔比1:1:500的比例混合，再用HCl调节pH为8，并于室温下老化72h并于350℃焙烧6h可制得六方介孔氧化锡，其孔径约为4nm[8]。

1.2 阳离子模板法

阳离子模板法是以阳离子表面活性剂为模板剂，通过静电引力相互作用合成介孔二氧化锡。其中锡源可采用Na2SnO3、SnCl4·5H2O以及SnAc等。而表面活性剂则是主要采用烷基季铵盐。

Li[9]等将Na2SnO3.3H2O与CTAB混合，以HCl调节酸碱度合成了介孔SnO2,于723K的空气流中焙烧10h可完全去除表面活性剂且仍保持中孔结构。该体系中，pH值的控制尤为重要。这是因为反应液中的SnO32-或HSnO3-与CTMA+形成反离子对，pH值过低，SnO32-或HSnO3-浓度低，难以围绕模板剂的胶束聚合；而pH值过高，则生成SnO2沉淀。该实验表明，在pH值为7.1时，其合成介孔材料的比表面积最大为156.8m2·g-1,孔径为38.4Å。

Wang等人[10]以CTAB为模板剂，SnCl4·5H2O为Sn源，以HCl调节pH为2，首次在室温下老化合成了无序的二维六方介孔结构。该介孔的形成是通过Sn4+、OH-与CTA＋的氢键相互作用。焙烧温度对于其结构的稳定性具有极大的影响，在350℃焙烧1h为介孔，而在400℃焙烧其中孔结构坍塌，这可能是因为表面羟基基团的进一步浓缩。FT-IR研究表明，该产物在400℃焙烧才能将CTAB完全除去[11]。Sn4＋/CTAB 的配比关系显著影响介孔氧化锡的形成，当CTAB/Sn4+比值小于1时，XRD谱图中（100）晶面衍射峰较宽；而当CTAB/Sn4+比值大于1时，其（100）晶面的衍射峰更为尖锐，且d值更大[12]。陈化时间也有一定的影响，陈化时间越长，（100）晶面的d值越大[12]。另外，加料顺序也影响介孔氧化锡的性质。以CTAB, SnCl4·5H2O 及氨水反应物，将氨水加入Sn4+及CTAB的溶液中或将CTAB加入到Sn4+与氨水的混合液中制备的材料在XRD谱图的低角度区没有衍射峰，而将Sn4＋加入到CTAB与氨水的混合液中可获得介孔[13]。采用不同的反离子源合成的介孔有序度也不相同。以CTAB为模板剂，采用S+X-I+合成路线，利用TMAOH为反离子源合成出的介孔SnO2-sur复合物在XRD谱图上出现了（100）、（110）和（211）晶面的衍射峰，比以氨水为反离子源得到的产物更为有序[14]。

为了控制Sn物种水解和聚合的速度，也可先将Na2Sn(OH)6与乙二醇反应再加入CTAB的乙醇溶液也可制得介孔复合物，但热稳定性较差，400℃焙烧结构坍塌[15]。

另外，还可以C16PyCl为模板剂，加入MES共溶剂，采用H3PO4浸渍，并于600℃焙烧5h制得