核壳结构微球的制备方法
【技术领域】
[000?]本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种ZnO、Sn〇2核壳结构微球的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 常温下，ZnO、Sn〇2的禁带宽度分别为3.37eV和3.6eV，两者做为宽带隙半导体氧化 物，在太阳能电池、光催化和气体传感器等技术领域都有着广泛的应用价值。
[0003] 目前，人们将Zn0、Sn02应用于气体传感器等领域时，通常都是直接采用单体的ZnO 纳米材料或单体的Sn〇2纳米材料，而将这两种材料制成两者的复合结构还较为少见。发明 人在研发的过程中，采用两步碱液处理法制备出了核壳结构的Zn0/Sn0 2微球，该微球以ZnO 微球为内核，Sn〇2小颗粒均勾地分布在该内核的表面上，发明人还进一步对该核壳结构的 ZnO/Sn〇2微球进行了气敏性能的研究，发现该微球的气敏性能远优于单体的ZnO纳米材料 或Sn〇2纳米材料。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种ZnO、Sn〇2核壳结构微球的制备方法，该方法制备的微球是以 ZnO微球为内核，Sn02小颗粒呈壳状分布于该ZnO内核表面的核壳结构，该ZnO、Sn02核壳结构 微球相对单体ZnO或单体Sn0 2而言，其气敏性能更优。
[0005] 本方案中的ZnO、Sn〇2核壳结构微球的制备方法，包括以下步骤：
[0006] 第一步，将Zn粉加入至NaOH溶液中，在60-80°C下反应2-5h，分离得到第一固体产 物，洗净、备用；
[0007] 第二步，将步骤1)得到的第一固体产物加入至SnCl4溶液中，用氨水调节至PH值为 9-10,得到混合溶液；
[0008] 第三步，将上述混合溶液在140-160°c下水热反应5-7h后冷却，分离得到第二固体 产物，洗净、烘干得成品。
[0009] 采用本方案中的ZnO、Sn〇2核壳结构微球的制备方法，其中：
[0010]步骤l)，Zn粉可选用市场上售卖的普通Zn粉，其粒度分布越集中，制备出的成品质 量越好;Zn粉加入至强碱性的NaOH溶液中后，Zn粉的表面发生强烈的刻蚀过程，使得Zn粉颗 粒尺寸逐渐减小且使得Zn粉的表面产生了大量的缺陷，随着刻蚀过程的进行，原本不规则 的Zn粉颗粒逐渐演变成了球状结构，为后续步骤生成的Sn0 2微晶提供了最初的形核点； [0011] 步骤2)和步骤3)，将步骤1)处理后得到的球状结构的Zn粉加入至SnCl4溶液中，并 用氨水进行水热处理，锡离子与氨水发生反应并形成大量的Sn0 2微晶，这些Sn02微晶倾向于 吸附于ZnO的表面缺陷处，随着水热反应的进行，这些Sn0 2微晶在ZnO核的表面上聚集并且 长大，最后形成ZnO、Sn〇2核壳结构微球。
[0012 ]从电镜图可得，本发明制备的ZnO、Sn02微球是以ZnO微球为内核，Sn02小颗粒呈壳 状分布于该ZnO内核表面的核壳结构，且Sn02小颗粒在ZnO微球表面分布均匀。将Zn0、Sn02核 壳结构微球进行气敏性能的研究时，发现其气敏性能远优于单体的ZnO材料或单体的Sn02 材料。
[0013]以下是基于上述方案的优选方案：
[0014]优选方案一:所述步骤1)中的反应是在超声振荡过程中进行的。超声振荡一方面 可以使得Zn粉均匀地分布于NaOH溶液中，便于Zn粉与NaOH的反应，另一方面超声振荡对Zn 粉有破碎的作用，使得Zn粉颗粒更均匀，从而后续生成的ZnO、Sn02核壳结构微球粒度更均 匀。
[0015] 优选方案二:所述步骤1)中NaOH溶液的浓度为0 · 5mol/L。该浓度反应效果更好。
[0016] 优选方案三:所述步骤2)中SnCl4溶液的浓度为0.025mol/L。该浓度反应效果更 好。
[0017] 优选方案四：所述步骤1)中反应的温度为70°C，反应的时间为4h。该反应温度和反 应时间下的反应效果更好。
[0018] 优选方案五:所述步骤2)中PH值为10。该PH值下，锡离子与氨水的反应效果更好。 [0019]优选方案六:所述步骤3)中反应的温度为160°C，反应的时间为6h。该反应温度和 反应时间下的反应效果更好，反应时间过长，会损坏形成的核壳结构。
[0020] 优选方案七:所述步骤3)中烘干的温度为50_60°C。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施例一制备得到的Zn0、Sn02核壳结构微球的XRD衍射图；
[0022]图2(a)为本发明实施例一制备得到的Zn0、Sn02核壳结构微球的低倍SEM电镜图； 图2 (b)为本发明实施例一制备得到的ZnO、Sn02核壳结构微球的高倍SEM电镜图；
[0023]图3为本发明实施例一制备得到的Zn0、Sn02核壳结构微球的TEM电镜图；
[0024]图4(a)为采用本发明实施例一制备得到的Zn0、Sn02核壳结构微球成品制成的气 敏传感器对乙醇的灵敏度示意图；
[0025]图4(b)为采用本发明实施例二制备得到的Zn0、Sn02核壳结构微球成品制成的气 敏传感器对乙醇的灵敏度示意图；
[0026]图4(c)为采用本发明实施例三制备得到的Zn0、Sn02核壳结构微球成品制成的气 敏传感器对乙醇的灵敏度示意图；
[0027]图4(d)为采用本发明实施例四制备得到的Zn0、Sn02核壳结构微球成品制成的气 敏传感器对乙醇的灵敏度示意图；
[0028]图4(e)为采用本发明实施例五制备得到的Zn0、Sn02核壳结构微球成品制成的气 敏传感器对乙醇的灵敏度示意图；
[0029]图4(f)为采用ZnO单体材料制成的气敏传感器对乙醇的灵敏度示意图；
[0030]图4(g)为采用Sn02单体材料制成的气敏传感器对乙醇的灵敏度示意图；
[0031]图5为由实施例一制备的Zn0、Sn02核壳结构微球和ZnO单体材料、Sn02单体材料制 成的传感器检测乙醇气体时的稳定性对比图。
【具体实施方式】
[0032]下面通过【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明，实施例一至实施例五的工 艺参数如表1所示：
[0033] 表 1
[0034]
[0035] 其中：
[0036] a为步骤1)中Zn粉在NaOH溶液中超声振荡的温度；
[0037] b为步骤1)中Zn粉在NaOH溶液中超声振荡的时间；
[0038] c为步骤2)