多孔偏锡酸锌纳米片的制备方法
【专利摘要】本发明属功能陶瓷材料制备技术领域，具体涉及多孔偏锡酸锌纳米片的制备方法，主要应用于气敏材料测试领域。本发明首次公开了一种水热法制备多孔偏锡酸锌的方法，采用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）辅助水热合成法，将一定质量的硝酸锌、四氯化锡、尿素、PVP混合溶于超纯水，随后移入水热反应釜于设定温度下反应16h。反应结束后过滤、洗涤、干燥，550℃焙烧2h后得白色粉末样品。将白色粉末样品加入20%氯化铵溶液搅拌8分钟后过滤、洗涤、干燥得多孔偏锡酸锌纳米片。本发明通过改变水热反应温度，首次制备出多种尺寸的二维介孔ZnSnO3纳米材料。此种制备方法，操作方便，成本低廉，费用低，耗时短，是一种高效经济的制方法。
【专利说明】
多孔偏锡酸锌纳米片的制备方法
技术领域
[0001]本发明属功能陶瓷材料制备技术领域，具体涉及多孔偏锡酸锌纳米片的制备方法，主要应用于气敏材料测试领域。
【背景技术】
[0002]随着环保和安全意识的增强，人们已意识到对环境中有毒、可燃、易爆气体进行准确、快速、有效的实时检测与预警极为重要，目前有毒、可燃、易爆气体的检测与预警已被广泛应用于工矿企业、公共场所及个人家庭中。尽管这样，有毒有害气体引起的中毒或伤害事件及可燃易爆气体引起的火灾或爆炸事件时有发生，气体传感器是各类有害气体检测和预警的功能元件，当前市场上虽出现了各类有害气体传感器，但现有很多有害气体敏感材料缺陷明显，不能完全满足现实有害气体实时检测和预警的要求，因此，研究开发新颖气体敏感材料具有重要意义。材料是科技发展的支撑与先导，半导体复合金属氧化物ZnSn03是一种性能优异的气体敏感材料，是继ZnO和SnO2后，近年来在材料合成和气敏传感领域的又一研究开发宠儿，目前，多种形貌ZnSnO3纳米材料的合成及气敏研究已见报道，例如，立方体、空心球、纳米笼、纳米带、纳米棒、纳米线、纳米片等，而对于具有高气敏结构特征的二维多孔ZnSnO3纳米片的合成制备在国内外文献史中还未见报道。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种首次制备多孔ZnSnO3纳米片的方法，且此法简单方便，成本低廉。
[0004]本发明的技术方案通过下述技术方案予以实现，多孔偏锡酸锌纳米片的制备方法，按照下述步骤进行。
[0005]步骤1:将六水硝酸锌、五水合四氯化锡、尿素、聚乙烯吡咯烷酮按质量比为5:6:6:3混合，往混合物中加入80ml超纯水，磁力搅拌溶解后待用。
[0006]步骤2:将上述溶液移入10ml聚四氟乙烯水热反应釜内，搅拌均匀后密封。随后将反应釜于115°C—145°C范围内反应16h后随炉冷却至室温。
[0007]步骤3:水热反应结束后过滤，分别用去离子水、乙醇反复洗涤，然后将样品于80°C下干燥8h，再550°C焙烧2h后得白色粉末样品。
[0008]步骤4:将上述白色粉末样品加入60ml质量百分含量为20的氯化铵溶液中，磁力搅拌8分钟后过滤，分别用去离子水、乙醇反复洗涤，去除沉淀中的杂质离子，最后在80°C空气气氛下烘干得多孔偏锡酸锌纳米片。
[0009]在上述技术方案中，步骤I中所述的六水硝酸锌、五水合四氯化锡、尿素、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，这四种药品都来自国药集团，纯度为分析纯。
[0010]在上述技术方案中，步骤4中所述的多孔偏锡酸锌纳米片，其厚度30nm左右，不同水热温度下，纳米片长宽大小不一，在115°C — 145°C范围内，温度越高纳米片平均长宽越小，反之则越大，纳米片上均匀分布很多小孔，其孔径50nm左右。
[0011]本发明采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助水热合成的方法，在一定水热反应温度范围内，通过改变水热反应温度，制备出多种尺寸的二维介孔ZnSnO3纳米材料。通过考察合成条件的变化对前驱物、产物尺寸和形貌的影响，揭示了二维介孔ZnSnO3纳米的形成机理
CO(NH2)2 + H2O 2NH3T + CO2TZn2+ + 4NH3 N [Zn(NH3)4]2+
[Zn(NH3)4]2+ N Zn2+ + 4NH3NH3 + H2O NH4+ + OH—
Zn2+ + Sn4+ + OH— ZnSn(OH)6丄ZnSn(OH)6 ZnSnO3I+ H2O
反应液中的尿素及PVP对多孔ZnSnO3纳米片的生长起到了关键作用，尿素水热条件下缓慢分解产生NH3，然后释放O『，充当pH缓冲剂，碱性条件下的Zn2+和Sn4+在PVP辅助下得至IjZnSn (OH) 6纳米片，ZnSn (OH) 6纳米片通过550 °C热处理得二维多孔ZnSn03纳米材料。此种制备方法操作方便，成本低廉，费用低，耗时短，是一种高效经济制备二维多孔ZnSnO3纳米材料的方法。
【附图说明】
[0012]图1是本发明实施例1制备产品的扫描电镜照片。
[0013]图2是本发明实施例2制备产品的扫描电镜照片。
[0014]图3是本发明实施例3制备产品的扫描电镜照片。
[0015]图4是本发明制备的实施例产品的XRD测试曲线，其中a为实施例1，b为实施例2，C为实施例3。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0017]实施例1。
[0018]各个药品的质量比为:ΖηΝ03.6H20: SnCl4.5H20: CO(NH2)2:PVP=5:6:6:3。
[0019]分别称取1.50g ZnNO3.6Η20,1.80gSnCl4.5H20，1.80g 0)(順2)2及0.9(^?￥?放入200ml烧杯中，加入80ml超纯水，并放在磁力搅拌器上不断搅拌，待其完全溶解后移入10ml聚四氟乙烯水热反应釜内，搅拌均匀后密封，再将反应釜于115°C反应16h后随炉冷却至室温;水热反应结束后过滤，分别用去离子水、乙醇反复洗涤，然后将样品于80°C下干燥8h，再550°C焙烧2h后得白色粉末样品；将上述白色粉末样品加入至60ml 20%的氯化铵溶液中，磁力搅拌8分钟后过滤，再分别用去离子水、乙醇反复洗涤，去除沉淀中的杂质离子，最后在80°C空气气氛下烘干得多孔偏锡酸锌纳米片。如附图1所示，附图1所示立方晶系的多孔ZnSnO3纳米片，其厚度30nm左右，形状不规则，平均长宽大于5um，纳米片上均匀分布很多小孔，其孔径50nm左右。
[0020]实施例2。
[0021]各个药品的质量比为:ΖηΝ03.6H20: SnCl4.5H20: CO(NH2)2:PVP=5:6:6:3。
[0022]分别称取1.50g ZnNO3.6Η20,1.80gSnCl4.5H20，1.80g 0)(順2)2及0.9(^?￥?放入200ml烧杯中，加入80ml超纯水，并放在磁力搅拌器上不断搅拌，待其完全溶解后移入10ml聚四氟乙烯水热反应釜内，搅拌均匀后密封，再将反应釜于130°C反应16h后随炉冷却至室温;水热反应结束后过滤，分别用去离子水、乙醇反复洗涤，然后将样品于80°C下干燥8h，再550°C焙烧2h后得白色粉末样品；将上述白色粉末样品加入至60ml 20%的氯化铵溶液中，磁力搅拌8分钟后过滤，再分别用去离子水、乙醇反复洗涤，去除沉淀中的杂质离子，最后在80°C空气气氛下烘干得多孔偏锡酸锌纳米片。如附图2所示，附图2所示为立方晶系的多孔ZnSnO3纳米片，其厚度30nm左右，形状不规则，平均长宽2um左右，纳米片上均匀分布很多小孔，其孔径50nm左右。
[0023]实施例3。
[0024]各个药品的质量比为:ΖηΝ03.6H20: SnCl4.5H20: CO(NH2)2:PVP=5:6:6:3。
[0025]分别称取1.50g ZnNO3.6Η20,1.80gSnCl4.5H20，1.80g 0)(順2)2及0.9(^?￥?放入200ml烧杯中，加入80ml超纯水，并放在磁力搅拌器上不断搅拌，待其完全溶解后移入10ml聚四氟乙烯水热反应釜内，搅拌均匀后密封，再将反应釜于145°C反应16h后随炉冷却至室温;水热反应结束后过滤，分别用去离子水、乙醇反复洗涤，然后将样品于80°C下干燥8h，再550°C焙烧2h后得白色粉末样品；将上述白色粉末样品加入至60ml 20%的氯化铵溶液中，磁力搅拌8分钟后过滤，再分别用去离子水、乙醇反复洗涤，去除沉淀中的杂质离子，最后在80°C空气气氛下烘干得多孔偏锡酸锌纳米片。如附图3所示，附图3所示立方晶系的多孔ZnSn03纳米片，其厚度30nm左右，形状不规则，平均长宽小于Ium，纳米片上均勾分布一些小孔，其孔径50nm左右。
[0026]将实施例1?3制备的产品进行XRD测试，结果由附图4所示，虽然产品的形貌显示不完全相同，但三种制备方法的最终产物均为立方晶系的ZnSnO3。
[0027]以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.多孔偏锡酸锌纳米片的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行: a:将六水硝酸锌、五水合四氯化锡、尿素、聚乙烯吡咯烷酮按质量比为5:6:6:3混合，往6g混合物中加入80ml超纯水，磁力搅拌溶解后待用； b:将上述溶液移入10ml聚四氟乙烯水热反应釜内，随后将反应釜于115°C — 145°C范围内反应16h后随炉冷却至室温； c:水热反应结束后过滤，分别用去离子水、乙醇反复洗涤，然后将样品于80°C下干燥8h，再550°C焙烧2h后得白色粉末样品； d:将上述白色粉末样品加入60ml质量百分含量为20的氯化铵溶液中，磁力搅拌8分钟后过滤，分别用去离子水、乙醇反复洗涤，去除沉淀中的杂质离子，最后在80°C空气气氛下烘干得多孔偏锡酸锌纳米片。2.根据权利要求1所述的多孔偏锡酸锌纳米片的制备方法，其特征在于:步骤a中所述的六水硝酸锌、五水合四氯化锡、尿素、聚乙烯吡咯烷酮，这四种药品都来自国药集团，纯度为分析纯。3.根据权利要求1所述的多孔偏锡酸锌纳米片的制备方法，其特征在于:步骤d中所述的多孔偏锡酸锌纳米片，其厚度30nm左右，不同水热温度下，纳米片长宽大小不一，在115°C?145°C范围内，温度越高纳米片平均长宽越小，反之则越大，纳米片上均勾分布很多小孔，其孔径50nm左右。
【文档编号】B82Y40/00GK106044843SQ201610388120
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】王炳山
【申请人】景德镇学院, 王炳山