一种锡酸锌纳米立方体或纳米片材料的制备方法与流程

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种新型的锡酸锌纳米立方体或纳米片材料的制备。

背景技术：

随着经济社会的迅速发展，化石能源所引发的环境恶化、能源枯竭受到各国的高度关注，缓解能源环境问题的关键是寻找新型的材料，将现有的能源储存或降解污染。而在众多材料中，锡酸锌作为一种重要的三元半导体氧化物，具有独特的光学、电化学、光电化学等性质，因此受到人们的广泛关注。例如，前期研究发现，该材料由于具有高的电子迁移率和快速的电子传输速率，可以作为燃料敏化太阳能电池的工作电极；由于具有高的理论电容和可逆电容，可以作为锂电池的阳极材料。并且，因为其对不同气体的选择性高、响应速率快，可以作为气体传感器材料；由于表面氧空位状态的诱导，具有高的电荷分离能力，可以在液相体系中对有机染料进行光催化降解。

另一方面，锡酸锌之所以在诸多领域有成熟的应用，不仅得益于锡酸锌本身具有尖晶石结构，更获益于锡酸锌材料的工艺合成。然而，大多数锡酸锌材料的合成方法都是采用传统的高温固相反应，能耗较高。因此，本发明的研究意义在于采用耗能低、简单的一步水热法，调节不同反应时间，制备出形貌独特，分散均匀的锡酸锌纳米立方体。除此以外，本发明还调控了表面活性剂的用量，合成另一种纳米片形貌的锡酸锌。这为锡酸锌及其他材料的制备和物性调控方法提供参考，也为锡酸锌纳米材料在电学、光学、磁学性能上的研究与开发提供了实验依据，为未来的器件化做好准备和铺垫材料方面的基础。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种简易可靠的锡酸锌立方体或纳米片材料的制备。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是将一定量的醋酸锌、四氯化锡、十二烷基苯磺酸钠加入含有一定量水和乙醇混合液中，并在一定温度下水浴搅拌。然后，在上述溶液中滴加一定量的氢氧化四乙胺混合均匀，转移到聚四氟乙烯衬底的反应釜中，经高温水热反应后，将产物多次洗涤。最终，得到锡酸锌纳米材料。

一种锡酸锌立方体或纳米片材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)锡酸锌前驱体溶液的制备：

将一定量的可溶性的锌离子盐、锡离子盐、十二烷基苯磺酸钠，加入到水和乙醇的混合溶液中，到完全溶解，30～60℃下水浴搅拌30min～120min，然后滴加氢氧化四乙胺，反应60～90min，得到锡酸锌前驱体溶液；

(2)锡酸锌立方体或纳米片的制备：

将步骤(1)所得的锡酸锌前驱体溶液倒入聚四氟乙烯衬底的反应釜中，密封，置于烘箱中，进行水热反应，反应结束后，冷却至室温，多次洗涤、真空干燥，即得锡酸锌纳米材料。

步骤(1)中，所述可溶性的锌离子盐为醋酸锌、硝酸锌或氯化锌中任一种

步骤(1)中，所述锡离子盐为四氯化锡。

步骤(1)中，所述水和乙醇的混合溶液中，水和乙醇的体积比为1:1。

步骤(1)中，所述可溶性的锌离子盐、锡离子盐、十二烷基苯磺酸钠和氢氧化四乙胺的用量比例为：1mmol：0.5mmol：0～1mmol：3ml，

步骤(2)中，水热反应的温度为180～220℃，水热反应的时间为5～8小时。

当十二烷基苯磺酸钠的添加量为：

所述可溶性的锌离子盐、锡离子盐、十二烷基苯磺酸钠和氢氧化四乙胺的用量比例为：1mmol：0.5mmol：1mmol：3ml，得到的是锡酸锌纳米立方体材料；

当十二烷基苯磺酸钠的添加量为：

所述可溶性的锌离子盐、锡离子盐、十二烷基苯磺酸钠和氢氧化四乙胺的用量比例为：1mmol：0.5mmol：0mmol：3ml，得到的是锡酸锌纳米片材料。

利用本方法制备的纳米材料的组分、形貌和尺寸，分别采用x射线衍射分析图(xrd)和扫描电镜(sem)进行表征。

本发明的有益效果为：

本发明提出了一种锡酸锌材料的制备方法，材料的形貌为立方体或纳米片，该材料形貌独特规整，用料来源广泛，价格低廉。

本发明工艺简单，重现性好，价格低廉，符合环境友好的要求，便于批量生产。

附图说明

图1为本发明实施例1、2、3所得锡酸锌纳米材料的x射线衍射分析图(xrd)；

图2为本发明实施例1所得锡酸锌立方体的扫描电镜图(sem)；

图3为本发明实施例2所得大尺寸锡酸锌立方体的扫描电镜图(sem)；

图4为本发明实施例3所得锡酸锌纳米片的扫描电镜图(sem)。

具体实施方式

下面通过实例进一步阐述本发明，但本发明的保护范围并不受限于这些实例。本发明实例中的原料购自上海国药集团，均为分析纯。

实施例1

将1mmol醋酸锌、0.5mmol四氯化锡和1mmol十二烷基苯磺酸钠加入含有15ml水和15ml乙醇混合液的50ml锥形瓶中，并在30℃下水浴搅拌120min。然后，在上述溶液中滴加3ml的氢氧化四乙胺，反应90min，待用。将上述锡酸锌前驱体溶液倒入50ml聚四氟乙烯衬底的反应釜中，密封，置于烘箱中，控制烘箱的温度为180℃，反应5小时，冷却至室温，多次洗涤、真空干燥，即得锡酸锌立方体。图1中各衍射峰位置和相对强度均与锡酸锌立方体的jpcds卡片(24-1470)相吻合，表明产物锡酸锌具有高度结晶性。从图2可以看出制备的锡酸锌立方体分散均匀，形貌规整，立方体的平均棱长约650nm。

实施例2

将1mmol硝酸锌、0.5mmol四氯化锡和1mmol十二烷基苯磺酸钠加入含有15ml水和15ml乙醇混合液的50ml锥形瓶中，并在60℃下水浴搅拌30min。然后，在上述溶液中滴加3ml的氢氧化四乙胺，反应1h，待用。将上述锡酸锌前驱体溶液倒入50ml聚四氟乙烯衬底的反应釜中，密封，置于烘箱中，控制烘箱的温度为220℃，反应8小时，冷却至室温，多次洗涤、真空干燥，即得大尺寸的锡酸锌立方体。图1中各衍射峰位置和相对强度均与锡酸锌立方体的jpcds卡片(24-1470)相吻合，表明产物锡酸锌具有高度结晶性。从图3可以看出，随着反应时间的延长，立方块逐渐地生长，制备出大尺寸的锡酸锌立方体分散均匀，形貌规整，立方体的棱长约2.5μm。

实施例3

将1mmol氯化锌、0.5mmol四氯化锡和0mmol十二烷基苯磺酸钠加入含有15ml水和15ml乙醇混合液的50ml锥形瓶中，并在60℃下水浴搅拌30min。然后，在上述溶液中滴加3ml的氢氧化四乙胺，反应1h，待用。将上述锡酸锌前驱体溶液倒入50ml聚四氟乙烯衬底的反应釜中，密封，置于烘箱中，控制烘箱的温度为220℃，反应8小时，冷却至室温，多次洗涤、真空干燥，即得锡酸锌纳米片。

图1中各衍射峰位置和相对强度均与锡酸锌纳米片的jpcds卡片(24-1470)相吻合，表明产物锡酸锌具有高度结晶性。从图4可以看出，当其他反应条件保持不变，结构导向剂十二烷基苯磺酸钠没有被加入反应时，制备出锡酸锌形貌为纳米片状，纳米片的大小约1.5～2μm。

对上述实例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。