[发明专利]一种纳米二氧化锡气敏材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米二氧化锡气敏材料的制备方法，属无机半导体传感器材料制备工艺技术领域。

背景技术

二氧化锡(SnO₂)是一种良好的n型半导体材料，具有广泛的带隙，在室温条件下其带隙为E_g＝3.6eV。目前，SnO₂半导体传感器已被广泛应用于探测各种有毒、有害和环境污染气体，如CO，H₂S，NOx以及可燃性气体H₂，CH₄和易燃性有机气体等。由于纳米材料具有粒度小，比表面大的特点，可望大幅度提高材料的气敏性能。因此对SnO₂纳米材料的研究引起了许多学者的极大兴趣。

近年来，随着纳米科技的发展，研究者们已经制备出了多种不同结构和形貌的SnO₂纳米材料，目前文献报道关于制备SnO₂纳米材料的方法主要有：溶胶-凝胶法，水热合成法，化学沉淀法以及高能球磨法等。以上这些制备方法不可避免地都存在着一些问题，溶剂挥发分解法速度慢，效率低，设备昂贵，高能球磨制备法容易引入某些杂质等。而模板法是目前广泛使用的，能够严格控制产物形貌的方法，被认为是合成纳米材料最有意义的方法。通过这种方法，模板起到一种构筑框架的作用，在一定条件下，纳米材料和前驱体发生相互交联，形成连续相后去除模板，从而获得具有复制模板的形貌或孔道结构的目标材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米二氧化锡气敏材料的制备方法。

一种纳米二氧化锡气敏材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

(1)将二水合氯化亚锡和介孔二氧化硅按SiO₂∶SnO₂＝1∶(0.315～0.629)的质量比计量；

(2)将介孔二氧化硅在真空条件下100℃下活化1小时，备用；

(3)将SnCl₂·2H₂O于100℃中熔化后，加入步骤(2)所得活化的介孔二氧化硅，快速搅拌密封，并在100℃恒温下反应12小时，得到混合物；

(4)将步骤(3)所得混合物在500-700℃下焙烧2-6小时，得到二氧化锡/介孔二氧化硅复合物材料；

(5)将步骤(4)所得复合物材料加入到浓度为1～3mol/L的氢氧化钠溶液或5～10wt％的HF溶液中，不断搅拌，过夜；以去除介孔二氧化碳模板；然后进行离心分离，并用去离子水和乙醇洗涤多次，烘干后即得到产物纳米二氧化锡气敏材料。

上述的介孔二氧化硅的制备方法为：将表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵溶解于去离子水中，搅拌至CTAB完全溶解，接着加入硅酸钠，在常温搅拌1小时后，调节pH值为9.5，然后搅拌2小时，放入高压反应釜中，一定温度下晶化48小时；最后将固体产物过滤、洗涤、烘干，并在550℃空气气氛中焙烧6小时，得到介孔二氧化硅。

本发明的特点叙述如下：本发明过程中将SnCl₂·2H₂O熔化与MCM-41混合，是因为SnCl₂·2H₂O熔化后成为熔融状，能够以液态的形式进入MCM-41孔道中，然后通过焙烧的方法将SnCl₂氧化为SnO₂；最后采用1-3mol/L的氢氧化钠溶液除去SiO₂，从而得到纯相的SnO₂纳米材料。本发明充分利用原材料SnCl₂·2H₂O，没有增添其他原材料的使用，达到资源充分利用的效果，同时无其他有机溶剂的使用，对环境保护也起到了积极的作用。

本发明采用介孔二氧化硅材料(MCM-41)作为硬模板来制备SnO₂纳米材料，将二氧化锡颗粒生长于介孔材料的孔道中，沿着孔道生长出较小的颗粒。合成条件温和，操作简单，且重复性好。通过此法制备的SnO2纳米材料的直径小，热稳定性高等特点，有利于气敏性能的测定，对于气体有较高的选择性，在气敏性能传感器方面有着良好的应用前景，由于其原料来源广泛，成本低等优点，可以批量制备生产，这非常适合工业化应用。

附图说明

图1为本发明实施例1所得产物的XRD谱图。A为SnO₂/MCM-41复合物，B为脱除硅模板所得到的SnO₂纳米材料。