[发明专利]一种制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法及所得产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法及所得产品，特别涉及一种通过真空热处理二氧化锡前驱体粉末制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法，属于微纳米功能材料合成技术领域。该富含氧空位的二氧化锡纳米粉可用于气敏传感、光催化、光电催化、光降解有机物等领域。

背景技术

二氧化锡作为宽带隙的半导体氧化物，由于性质稳定、成本低、无毒等优点，在气敏传感、光催化、光电催化及光降解有机污染物等领域有重要的应用。然而，在实际应用中，由于二氧化锡的带隙较宽，只能吸收紫外光而无法吸收可见光，因此无法充分利用地面上丰富的太阳光作为光源来高效开展光催化及光降解这类应用。另一方面，当用作气敏材料时，二氧化锡由于电阻较大，其气敏性质往往低劣。而研究发现，缺陷化的二氧化锡，特别是富含氧空位的二氧化锡，可以产生与氧空位相关的新能级态，从而可以调整二氧化锡的费米能级位置，并使其吸收扩展到可见光区，同时也可以显著提高其气敏性质。因此，制备富含氧空位的二氧化锡是一条改善其光、电性能的重要途径。

目前，制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法之一是进行离子掺杂。如H. Wang等研究者采用Sn²⁺掺杂二氧化锡（H. Wang, K. Dou, W.Y. Teoh, Y. Zhan, T.F. Hung, F. Zhang, J. Xu, R. Zhang, A.L. Rogach, Engineering of Facets, Band Structure, and Gas-Sensing Properties of Hierarchical Sn²⁺-Doped SnO₂Nanostructures, Adv. Funct. Mater.2013, 23, 4847-4853）、Tiekun Jia等研究者采用Zn²⁺掺杂二氧化锡（Tiekun Jia, Weimin Wang, Fei Long, Zhengyi Fu, Hao Wang and Qingjie Zhang, Synthesis, Characterization, and Photocatalytic Activity of Zn-Doped SnO2 Hierarchical Architectures Assembled by Nanocones, J. Phys.Chem. C, 2009, 113, 9071-9077）等，都可以获得含氧空位的二氧化锡。此类金属离子掺杂，用于使用水作溶剂在反应釜中进行水热反应来实现或者使用高沸点的有机溶剂进行常压反应来实现，因此，在反应设备、环保设施、有机废液的处理及再利用等方面有高的要求，使成本上升。此外，利用还原性气氛对二氧化锡进行热处理也可以获得含氧空位的二氧化锡纳米粉。如采用氢气还原的方法，龙洁等研究者（龙洁, 苏新梅, 夏定国, 王道, 沈云, 二氧化锡中氧空位浓度与气敏性能关系的研究, 北京工业大学学报，1997，23, 113-118）制备了含氧空位的二氧化锡。这类方法，一方面，还原性气体的使用会带来安全风险和成本上升；另一方面，要先制备出二氧化锡纳米粉再对其进行二次热处理，增加了生产工艺流程，造成成本上升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法，该方法利用真空烧结工艺对二氧化锡前驱体粉末进行热处理，无需二次处理或改性，可直接获得富含氧空位的二氧化锡纳米粉，具有工艺简单、设备需求低、成本低、污染少、可大量生产等优点。

本发明的目的还在于提供采用上述方法制得的富含氧空位的二氧化锡纳米粉。

本发明具体技术方案如下：

（1）配制浓度为0.2–3.0 mol·L^-1的无机锡盐水溶液，边搅拌边向其中加入0.5–5.0 mol·L^-1的NaOH或KOH水溶液，使混合完毕得到的均匀白色沉淀悬浮液体系的pH值为6.0–8.5，继续搅拌10–60 min；

（2）将步骤（1）所述白色沉淀悬浮液进行固液分离，沉淀用水洗涤2–5次后于40–120℃干燥，得二氧化锡前驱体粉末；

（3）将步骤（2）所得二氧化锡前驱体粉末进行真空热处理，自然冷却后得产品。