化学沉淀法制备氧化锡纳米粉体

化学沉淀法制备氧化锡纳米粉体Chemical precipitation method preparation

of tin oxide nano powder

内容摘要

采用溶液化学沉淀法，在不同温度，不同反应时间，不同浓度及添加剂条件下考察了氧化锡纳米材料的制备。分别用 SEM、XRD、TEM等手段对产物进行表征，结合其组成、结构、性能等分析评价，进行了全面深入的研究。通过优化制备条件,得到了纯的纳米氧化锡。

关键字：纳米粉体氧化锡溶液化学沉淀法制备

Abstract

Using chemical precipitation method, SnO2 nano materials were prepared under the condition of different temperature, different reaction time, different concentration and different additives by simple equipment. The products were characterized by means of SEM, XRD, TEM respectively. All the results were analysed and evaluated through combining its related composition, structure, performance, which help us to conduct a comprehensive in-depth study. By optimizing the preparation technology, we are able to get the ideal composition and morphology of tin oxide.

Key words: nanopowder tin oxide chemical precipitation preparation

化学沉淀法制备氧化锡纳米粉体

纳米材料因具有量子尺寸效应, 小尺寸效应和表面效应等特性, 在光、电、热、磁等方面具有很多的特殊性能并得到了广泛研发[1]。纳米氧化锡作为一种新型纳米功能材料[2,3]，其空间结构特性、气敏性、光敏性、机械性能等在光电等许多领域都有极好的优越性，自1962 年以来,氧化锡在家庭、商业和工业领域都得到了广泛的应用[4], 诸如气敏探测器[5~8],电极材料[9]以及太阳能电池[10,11]等等。因此引起了广大研究者对氧化锡研究的广泛兴趣，在该材料的制备领域已取得了一定的成就。

但是利用简单设备，高产率的制备纳米氧化材料仍然存在挑战。制备 SnO

2

纳米材料的常用方法有液相-沉淀法[12]、微乳液法[13]、化学气相沉积法[14]、溶胶

-凝胶法[15]和水热合成法[16~18]等。目前研究学者制备氧化锡使用的试剂多数是NaOH和二价亚锡离子盐，，而且实验要求较为苛刻，反应温度较高，反应时间较长。本实验拟通过溶液化学法,利用简单设备在低温条件下能高产率制备性能稳定的氧化锡纳米材料，并结合其相关组成、结构、形貌的分析评价，较全面的对纳米氧化锡材料的合成等控制进行详细研究。在优化合成氧化锡条件同时,探索其在其他领域的潜在应用。

一、实验

(一)试剂与分析仪器

本实验所用试剂为二水合二氯化锡（SnCl2·2H2O)、无水乙醇（C2H5OH）、带氨基有机物A《六亚甲基四胺（HMT）》、表面活性剂B《柠檬酸三钠（SC）》和氢氧化钠（NaOH）。

所用合成仪器为分析天平、恒温加热磁力搅拌器、高频超声波分散器、带特氟龙内衬反应釜、干燥箱、高速台式离心机。

所用分析设备为X射线衍射仪（XRD）、场发射电镜（FE-SEM）和透射电镜

（TEM）。

(二)实验方法

1.纳米SnO

2

的制备

称取一定量的 SnCl

2·2H

2

O溶解于60 ml蒸馏水或水与乙醇1:1的体系中配

成浓度为0.05ml/L的溶液,向其加入带氨基有机物A(摩尔比为2:1)或NaOH(摩尔比为4:1)，在室温混合溶液经磁力搅拌20min充分混合后转移到100ml

2

的带特氟龙内衬的反应釜中进行反应。同时考察了不同添加量表面活性剂B(摩尔比分别为1:2；1:20和1:50)对氧化锡合成的影响。在相应温度下反应一定时间后将所得产物进行回收，经数次超声分散清洗、离心后干燥即得试样。

2.试样表征

采用XRD、SEM和TEM分析对试样物相结构、表面形貌和颗粒大小及分布情况表征。

二、结果与分析

(一)反应时间对产物及形貌的影响

1. 常温下不同反应时间

图1a所示为带氨基有机物A为沉淀剂室温下搅拌6h、24h、48h所得沉淀物的

和SnO，但还含一些尚不明确相，且衍射峰的强度XRD图谱。其主要组成为SnO

2

差异不大，由此可知室温下混合时间的长短不会对产物有较大的影响。图1b为搅拌时间为6h时产物的SEM图，产物颗粒有较明显团聚现象且大小不均匀，结合XRD结果可知产物是为混合物的缘故。推断带氨基有机物A需要在一定的温度下才能有效的水解，产生氢氧根离子，利于二价锡离子转化成SnO2。

图1. 室温下(a)不同反应时间产物的XRD (b)时间为6h产物的FE-SEM图。

2. 180℃下以带氨基有机物A为沉淀剂时不同反应时间、不同反应体系和表面活性剂对产物的影响

图2为180℃下不同反应时间、不同反应体系和表面活性剂时得到产物的XRD 图，图3为对应的FE-SEM图。

(a)纯水体系;(b)水和乙醇混合体系

图2.180℃时不同反应时间产物的XRD图

由图2可知，在没有表面活性剂B时，在2h的1:1体系中，得到了纯SnO2;而其他的无论是纯水还是水和乙醇的混合体系，在180℃的高温下随反应时间的增长，产物中SnO的衍射峰强度也在逐步的上升。当加入表面活性剂B时，反应12h 和24h在纯水体系和水与乙醇1:1体系中都能生成纯SnO2。由此可推断高温条件下以带氨基有机物A为沉淀剂时反应短时间内先生成SnO2，随着反应时间的延长先生成的SnO2会转变为SnO , 而表面活性剂B的加入可以有效的抑制此转变。表面活性剂的影响还在进一步的研究中。

图3.180℃产物的FE-SEM谱图

(a)(c)(e)为纯水体系，（b)(d)(f）为1:1体系;反应时间（a)(b)为2h,(c)(d)为12h,(e)(f)为24h;（a)(b)不含SC，(c)(d)(e)(f)含SC。