水热法制备纳米二氧化锡微粉

专业：应用化学08届1班；姓名：第1组；同组人员：；

课程名称：无机合成化学实验

实验名称：水热法制备纳米SnO2微粉

实验日期：2011年4月19日

一．实验目的

纳米SnO2微粉的制备和表征。

二．实验原理

纳米SnO2具有很大的比表面积，是一种很好的气皿和湿皿材料。水热法制备纳米氧化物微粉有很多优点，如产物直接为晶体，无需经过焙烧净化过程，因而可以减少其它方法难以避免的颗粒团聚，同时粒度比较均匀，形态比较规则。因此，水热法是制备纳米氧化物微粉的好方法之一。

水热法是指在温度不超过100℃和相应压力（高于常压）条件下利用水溶液（广义地说，溶剂介质不一定是水）中物质间的化学反应合成化合物的方法。

水热合成方法的主要特点有：（1）水热条件下，由于反应物和溶剂活性的提高，有利于某些特殊中间态及特殊物相的形成，因此可能合成具有某些特殊结构的新化合物；（2）水热条件下有利于某些晶体的生长，获得纯度高、取向规则、形态完美、非平衡态缺陷尽可能少的晶体材料；（3）产物粒度较易于控制，分布集中，采用适当措施尽可能减少团聚；（4）通过改变水热反应条件，可能形成具有不同晶体结构和晶体形态的产物，也有利于低价、中间价态与特殊价态化合物的生成。基于以上特点，水热合成在材料领域已有广泛应用。水热合成化学也日益受到化学与材料科学界的重视。本实验以水热法制备纳米SnO2微粉为例，介绍水热反应的基本原理，研究不同水热反应条件对产物微晶形成、晶粒大小及形态的影响。

水热反应制备纳米晶体SnO2的反应机理如下:

第一步是SnCl4的水解

SnCl4+4H2O Sn（OH）4↓+4HCl

形成无定形的Sn（OH）4沉淀，紧接着发生Sn（OH）4的脱水缩合和晶化作用，形成SnO2纳米微晶。

n Sn（OH）4→n SnO2+2n H2O

（1）反应温度：反应温度低时SnCl4水解、脱水缩合和晶化作用慢。温度升高将促进SnCl4的水解和Sn（OH）4脱水缩合，同时重结晶作用增强，使产物晶体结构更完整，但也导致SnO2微晶长大。本实验反应温度以120℃~160℃为宜。

（2）反应介质的酸度：当反应介质的酸度较高时，SnCl4的水解受到抑制，中间物Sn （OH）4生成相对较少，脱水缩合后，形成的SnO2晶核数量较少，大量Sn4+离子残留在反应液中。这一方面有利于SnO2微晶的生长，同时也容易造成粒子间聚结，导致产生硬团聚，这是制备纳米粒子时应尽量避免的。

当反应介质的酸度较低时，SnCl4水解完全，大量很小的Sn（OH）4质点同时形成。在水热条件下，经脱水缩合和晶化，形成大量SnO2纳米微晶。此时由于溶液中残留的Sn4+离子数量也很少，生成的SnO2微晶较难继续生长。因此产物具有较小的平均微粒尺寸，粒子间的硬团聚现象也相应减少。本实验反应介质的酸度控制在pH=1.45。

（3）反应物的浓度:单独考察反应物浓度的影响时，反应物浓度愈高，产物SnO2的产率愈低，这主要是由于当SnCl4浓度增大时，溶液的酸度也增大，Sn4+的水解受到抑制的缘故。

当介质的pH=1.45时，反应物的粘度较大，因此反应物浓度不宜过大，否则搅拌难于进行。一般用【SnCl4】=1mol•L-1为宜。

三．实验步骤

1.水热反应

把配制好的原料液倾入具有四氟乙烯衬里的不锈钢压力釜内，用管式电炉套加热压力釜。用控温装置控制压力釜的温度，在水热反应所要求的温度下进行一段时间（约2h）。反应结束，停止加热，待压力釜冷却至室温时，开启压力釜，取出反应产物。

2.反应产物的后处理

将反应物静止沉降，移去上层清液后，用大约20ml10%乙酸加入1g乙酸铵的混合液洗涤沉淀物4~5次，洗去沉淀物中的Cl-和K+离子，最后用ω=95%的乙醇洗涤两次，干燥后研细。

3.反应产物的表征

TEM图谱分析

四．实验记录与分析

1.水热反应条件：

pH=1.45，其余条件同原理所述。

2.TEM图谱分析

（1）pH=1.45

（2）pH=4

（3）pH=7

（4）pH=8

（5）pH=10

分析如下：

从图中可见：随着pH的增加，所形成的微粉间的聚结度也相应增大。pH=1.45时微粒间的分散度最好。