一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法.pdf

本发明提供一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法。属于纳米氧化物半导体材料制备领域。该方法包括以下步骤：1)将亚锡盐、表面活性剂加入并溶解于稀酸溶液中配制成前驱溶液；2)将前驱溶液置于紫外光源下，搅拌前驱溶液，辐照进行光化学反应；3)辐照结束后，收集步骤2)中的沉淀，进行洗涤、干燥后即得到二氧化锡纳米棒。本发明具有制备工艺简单，反应条件温和，能耗低，环境友好，实用性强，原料和设备的成本较低等优点。

权利要求书
1.  一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，其特征在于，包括以 下步骤：
1)将表面活性剂和亚锡盐加入到质量浓度为0.1-10％稀酸溶液 中，充分溶解后配成前驱溶液；所配成的前驱溶液中亚锡盐的质量浓 度为0.5-9％，表面活性剂的质量浓度为0.6-10％；
2)将配置成的前驱溶液置于紫外光源下，搅拌前驱溶液，辐照 进行光化学反应；
3)辐照结束后，收集步骤2)中的沉淀，进行洗涤处理和干燥 处理后,即得到二氧化锡纳米棒。

2.  根据权利要求1所述的二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，其 特征在于:在步骤1)中,所述亚锡盐为硫酸亚锡、甲基磺酸亚锡、柠 檬酸亚锡二钠、氯化亚锡和硝酸亚锡中的任意一种。

3.  根据权利要求1所述的二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，其 特征在于:在步骤1)中,所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷 基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯 烷酮和聚乙烯醇中的任意一种或任意两种以上的混合物。

4.  根据权利要求1所述的二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，其 特征在于:在步骤1)中,所述稀酸溶液为硝酸溶液、醋酸溶液、盐酸 溶液、硫酸溶液和甲酸溶液中的任意一种。

5.  根据权利要求1所述的二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，其 特征在于:在步骤2)中,搅拌前驱溶液时，控制搅拌速度为 100-1000rpm。

6.  根据权利要求1所述的二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，其 特征在于:在步骤2)中，紫外光源为紫外灯，紫外灯的波长范围 220-330nm，辐照强度0.4-4mw/cm2，辐照时间为30min-170min。

7.  根据权利要求1所述的二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，其 特征在于:在步骤3)中,洗涤处理的具体为：用蒸馏水对取出的沉 淀反复洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤三次。

8.  根据权利要求1所述的二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，其 特征在于:在步骤3)中,干燥处理具体为：在室温条件下自然风干 或在真空烘箱中进行真空干燥。

9.  根据权利要求8所述的二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，其 特征在于:所述真空烘箱的干燥温度为45-75℃，干燥时间为1-3.5h。

说明书一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法
技术领域
本发明涉及一种二氧化锡纳米棒的制备方法，尤其涉及一种二氧 化锡纳米棒的光化学制备方法，属于纳米氧化物半导体材料技术领 域。
背景技术
一维半导体纳米结构材料,如纳米棒、纳米线、纳米带和纳米管 等,由于具有纳米结构的独特性能,在新器件、新技术方面应用广泛。 二氧化锡(SnO2)是一种重要的半导体材料,其中具有一维纳米结构 的SnO2纳米棒由于具有独特光学，电学等性质，在催化剂、传感器、 光电材料等领域有广泛的应用前景。目前人们制备一维SnO2纳米棒的 方法主要涉及水热法、盐熔法、化学气相沉积和溶胶-凝胶等方法。 这些方法通常要借助模板在高真空或较高的温度下完成，属于热化学 法制备材料的范畴。在一定程度上存在着原料种类多，生产成本高， 反应条件苛刻，工艺难以控制，生产工艺复杂等问题。因此，有必要 开发一种产率高，成本低，操作方法简单的SnO2纳米棒的制备方法。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种二氧化锡纳 米棒的光化学制备方法，其具有工艺简单、产率高和成本低的特点。
实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，其特征在于，包括以下 步骤：
1)将表面活性剂和亚锡盐加入到质量浓度为0.1-10％稀酸溶液 中，充分溶解后配成前驱溶液；所配成的前驱溶液中亚锡盐的质量浓 度为0.5-9％，表面活性剂的质量浓度为0.6-10％；
2)将配置成的前驱溶液置于紫外光源下，搅拌前驱溶液，辐照 进行光化学反应；
3)辐照结束后，收集步骤2)中的沉淀，进行洗涤、干燥处理 后,即得到二氧化锡纳米棒。
作为优选，在步骤1)中,所述亚锡盐为硫酸亚锡、甲基磺酸亚 锡、柠檬酸亚锡二钠、氯化亚锡和硝酸亚锡中的任意一种。
作为优选，在步骤1)中,所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、 十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙 烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的任意一种或任意两种以上的混合物。
作为优选，在步骤1)中,所述稀酸溶液为硝酸溶液、醋酸溶液、 盐酸溶液、硫酸溶液和甲酸溶液中的任意一种。
作为优选，在步骤2)中,搅拌前驱溶液时，控制搅拌速度为 100-1000rpm。
作为优选，在步骤2)中，紫外光源为紫外灯，紫外灯的波长范 围220-330nm，辐照强度0.4-4mw/cm2，辐照时间为30min-170min。
作为优选，在步骤3)中,洗涤处理的具体为：用蒸馏水对取出 的沉淀反复洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤三次。
作为优选，在步骤3)中,干燥处理具体为：在室温条件下自然 风干或在真空烘箱中进行真空干燥。
作为优选，所述真空烘箱的干燥温度为45-75℃，干燥时间为 1-3.5h。
本发明的有益效果在于：
本发明以亚锡盐、表面活性剂为主要原料，采用光化学合成法制 备，利用紫外光源作为辐照光源，将所得的固体产物洗涤干燥即可得 到二氧化锡纳米棒。该方法工艺简单，使用原料种类少，反应在室温 下进行，提供了一种合成一维二氧化锡纳米棒的新途径，其反应条件 温和，无污染对环境友好，同时由于不需要后续高温煅烧，有效的节 约了能源，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的二氧化锡纳米棒的x射线衍射图；
图2是本发明实施例1制得的二氧化锡纳米棒的扫描电子显微镜 图片。
具体实施方式
下面通过具体实施例和较佳实施例对本发明作进一步的详细说 明，但本发明并不局限于以下的实施例。
本发明实施例提供一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，该方 法以亚锡盐为原料，加入适量的表面活性剂，将二者溶解于不同浓度 的稀酸溶液中，配成前驱溶液，然后将配制成的前驱溶液置于紫外光 源下，搅拌前驱溶液，开灯辐照进行光化学反应，在搅拌光照反应过 程中逐渐生成沉淀，辐照结束后收集沉淀物，进行洗涤、干燥即得到 一维的二氧化锡(SnO2)纳米棒。
上述制备方法的具体步骤如下：
1)在搅拌下，将表面活性剂和亚锡盐加入到质量浓度为0.1-10％ 稀酸溶液中，充分溶解后配成前驱溶液，所配成的前驱溶液中亚锡盐 的质量浓度为0.5-9％，表面活性剂的质量浓度为0.6-10％；
2)将配成的前驱溶液，转入配有搅拌装置的烧杯中，置于不同 波长的紫外灯下，在搅拌速度100-1000rpm下,搅拌前驱溶液，然后 开灯辐照30-170min进行光化学反应，光辐照结束后，收集反应体系 中的沉淀；
3)用蒸馏水对收集的沉淀反复洗涤至中性后，再进一步用无水 乙醇洗涤三次，在自然条件下风干干燥或在真空烘箱中加热真空干 燥。得到的产物即为具有一维结构的二氧化锡(SnO2)纳米棒。
上述制备方法的配制前驱溶液步骤中使用的亚锡盐可以为硫酸 亚锡、甲基磺酸亚锡、柠檬酸亚锡二钠、氯化亚锡和硝酸亚锡中的 任一种；使用的表面活性剂可以为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸 钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚 乙烯醇中的任一种或任意两种以上的混合物；使用的稀酸溶液可以为 硝酸溶液、醋酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液和甲酸溶液中的任一种。
上述制备方法的光化学反应步骤中，辐照前驱溶液使用的紫外光 源采用紫外灯，紫外灯的波长范围220-330nm，辐照强度0.4-4 mw/cm2，辐照时间为30min-170min。
上述制备方法步骤3)中如采用在真空烘箱中加热真空干燥，则 真空干燥温度为45-75℃，干燥时间为1-3.5h。
本发明实施例提供的制备方法，与现有技术相比本发明具有以下 优点：1、提供了一种在常温下合成一维二氧化锡纳米棒的新途径；2、 采用光化学方法合成，利用低功率紫外灯作为辐照光源，在室温下反 应，反应条件温和，反应时间短，无污染对环境友好，同时由于不需 要后续高温煅烧，有效的节约了能源，降低了合成二氧化锡纳米棒的 成本。
实施例1：
本实施例提供一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，具体按下 述步骤进行：
分别称取0.5g硫酸亚锡和0.72g十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)，加入到20ml浓度为3％的盐酸溶液中，在搅拌下溶解后得 到前驱溶液；将此前驱溶液置于磁力搅拌器上，紫外灯放置在前驱溶 液的上方，在搅拌速度300rpm下搅拌前驱溶液，然后开灯辐照120min (紫外灯波长254nm，辐照强度2.5mW/cm2)，进行光化学反应；收 集辐照后前驱溶液反应体系中的沉淀物，反复用蒸馏水洗涤至中性 后，再用无水乙醇洗涤三次，洗涤后的样品在70℃下真空干燥2h后， 得到产物即为一维SnO2纳米棒。对得到的一维SnO2纳米棒进行测试， 其XRD衍射图谱如图1所示；样品的SEM如图2所示。可以确认该二 氧化锡(SnO2)纳米棒的长度在0.5-3um之间，直径在100nm-300nm之 间。
实施例2:
本实施例提供一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，具体按下 述步骤进行：
分别称取0.42g硫酸亚锡和0.3g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，加 入到20ml浓度为3％的硫酸溶液中，在搅拌下溶解后得到前驱溶液； 将此前驱溶液置于磁力搅拌器上，紫外灯放置在前驱溶液的上方，在 搅拌速度500rpm下搅拌前驱溶液，然后开灯辐照160min(紫外灯波 长254nm，辐照强度0.8mW/cm2)，进行光化学反应；收集辐照后前 驱溶液反应体系中的沉淀物，反复用蒸馏水洗涤至中性后，再用无水 乙醇洗涤三次，洗涤后的样品自然风干后，得到产物即为一维SnO2纳米棒。
实施例3:
本实施例提供一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，具体按下 述步骤进行：
分别称取0.12g硫酸亚锡和0.15g十二烷基硫酸钠(SLS)。 加入到20ml浓度为0.3％的硫酸溶液中，在搅拌下溶解后得到前驱溶 液；将此前驱溶液置于磁力搅拌器上，紫外灯放置在前驱溶液的上方， 在搅拌速度750rpm下搅拌前驱溶液，然后开灯辐照90min(紫外灯 波长312nm，辐照强度1.6mW/cm2)，进行光化学反应；收集辐照后 前驱溶液反应体系中的沉淀物，反复用蒸馏水洗涤至中性后，再用无 水乙醇洗涤三次，洗涤后的样品在45℃下真空干燥3.5h后，得到产 物即为一维SnO2纳米棒。
实施例4:
本实施例提供一种二氧化锡纳米棒的制备方法，是利用光化学来 制备二氧化锡纳米棒的方法，具体按下述步骤进行：
分别称取1g硫酸亚锡和2g十二烷基硫酸钠(SLS)，加入到20ml 的浓度为8％的硝酸溶液中，在搅拌下溶解后得到前驱溶液；将此前 驱溶液置于磁力搅拌器上，紫外灯放置在前驱溶液的上方，在搅拌速 度800rpm下搅拌前驱溶液，然后开灯辐照120min(紫外灯波长254nm， 辐照强度3.4mW/cm2)，进行光化学反应；收集辐照后前驱溶液反应 体系的沉淀物，反复用蒸馏水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤三次。 洗涤后的样品自然风干后，得到产物即为一维SnO2纳米棒。
实施例5:
本实施例提供一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，具体按下 述步骤进行：
分别称取0.5g甲基磺酸亚锡和1g十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)，加入到20ml浓度为3％的盐酸溶液中，在搅拌下溶解后得 到前驱溶液；将此前驱溶液置于磁力搅拌器上，紫外灯放置在前驱溶 液的上方，在搅拌速度750rpm下搅拌前驱溶液，然后开灯辐照170min (紫外灯波长312nm，辐照强度3.5mW/cm2)，进行光化学反应；收 集辐照后前驱溶液反应体系中的沉淀物，反复用蒸馏水洗涤至中性 后，再用无水乙醇洗涤三次，洗涤后的样品在60℃下真空干燥3h后， 得到产物即为一维SnO2纳米棒。
实施例6:
本实施例提供一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，具体按下 述步骤进行：
分别称取0.5g硝酸亚锡和0.72g十二烷基磺酸钠，加入到20ml 浓度为5％的盐酸溶液中，在搅拌下溶解后得到前驱溶液；将此前驱 溶液置于磁力搅拌器上，紫外灯放置在前驱溶液的上方，在搅拌速度 750rpm下搅拌前驱溶液，然后开灯辐照150min(紫外灯波长312nm， 辐照强度3.8mW/cm2)，进行光化学反应；收集辐照后前驱溶液反应 体系中的沉淀物，反复用蒸馏水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤三 次，洗涤后的样品在45℃下真空干燥3.5h后，得到产物即为一维SnO2纳米棒。
实施例7:
本实施例提供一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，具体按下 述步骤进行：
分别称取2g硫酸亚锡、2g SLS和1g CTBA，加入到100ml浓度 为8％的硝酸溶液中，在搅拌下溶解后得到前驱溶液；将此前驱溶液 置于磁力搅拌器上，紫外灯放置在前驱溶液的上方，在搅拌速度 750rpm下搅拌前驱溶液，然后开灯辐照150min(紫外灯波长254nm， 辐照强度1.3mW/cm2)，进行光化学反应；收集辐照后前驱溶液反应 体系中的沉淀物，反复用蒸馏水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤三 次。洗涤后的样品自然风干后，得到产物即为一维SnO2纳米棒。
实施例8:
本实施例提供一种二氧化锡纳米棒的光化学制备方法，具体按下 述步骤进行：
分别称取10g氯化亚锡、7g SLS，加入到100ml浓度为8％的硝 酸溶液中，在搅拌下溶解后得到前驱溶液；将此前驱溶液置于磁力搅 拌器上，紫外灯放置在前驱溶液的上方，在搅拌速度550rpm下搅拌 前驱溶液，然后开灯辐照150min(紫外灯波长254nm，辐照强度 3.3mW/cm2)，进行光化学反应；收集辐照后前驱溶液反应体系中的 沉淀物，反复用蒸馏水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤三次。洗涤 后的样品自然风干后，得到产物即为一维SnO2纳米棒。
综上所述，本发明实施例利用光化学合成技术提供一种制备SnO2纳米棒的方法，该方法工艺简单，反应条件温和、易于控制、清洁和 可操作性强，不用后续烧结，具有污染小，成本低的优点。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构 思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形 都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。