[发明专利]一种无序多孔氧化锡材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体说涉及一种无序多孔纯氧化锡材料及其制备方法。

背景技术

国际纯粹和应用化学协会(IUPAC)根据多孔材料孔径(d)的大小，把多孔材料分为三类,微孔材料(microporous materials,d<2nm)、介孔材料(mesoporousmaterials,2<d<50nm)和大孔材料(macroporous materials,d>50nm),而根据结构特征,多孔材料可以分为两类:无序孔结构材料(无定形)和有序孔结构材料(一定程度有序)。介孔材料的孔隙率大于40％的有序孔道结构材料。按化学组成分类，介孔材料按材料的组成大致分为两类:硅基介孔材料和非硅介孔材料。硅基介孔材料即构成骨架的主要成分是二氧化硅,硅基的介孔材料又包括纯硅的和掺杂有其它元素的两类介孔材料。非硅介孔材料即骨架组成为非硅的其他氧化物或金属等介孔材料。按照材料性质上看，分为有机介孔和无机介孔纳米材料；介孔纳米材料从结构形式上看，分为有序介孔和无序介孔纳米材料；对于有序介孔材料，孔型可分为三类:定向排列的柱形孔(通道)，平行排列的层状孔，三维规则排列的多面体孔(三维相互联通)。而无序介孔材料的孔型复杂，不规则并且互为联通，孔型常用墨水瓶形状来近似。

金属氧化物半导体传感器由于具有制备方便、响应和恢复速度快、灵敏度高等优点在气体检测方面得到大规模的应用，人们已经通过多种方法成功制备出氧化锡、氧化锌、二氧化钛、三氧化铁等氧化物基气体传感器。氧化锡是一种目前应用最为广泛的气敏材料，与其它气体传感器相比，二氧化锡气体传感器具有如下特点:

1)二氧化锡材料的物理、化学稳定性好，由其制成的气敏器件具有寿命长、稳定性好、耐腐蚀性强等优点。

2)二氧化锡材料的阻值一般随被测气体浓度呈指数变化，由其制成的气敏器件可用于微量低浓度气体的检测。

3)二氧化锡材料的气敏过程是可逆的，由其制成的气敏器件可长期使用。

4)二氧化锡气体传感器的结构简单、成本低、机械性能良好。

5)二氧化锡气体传感器在检测气体时，是通过其阻位的变化，直接将气体信息转变为电信号，因而对信号进行读取与处理就变得十分方便。

介孔材料的孔径在2-50nm范围内，其通常具有大的比表面积，有利于增加气体的吸附，因而在气敏材料领域具有重要的应用前景。孔材料的这种优势在很早以前就被发现，但是开发这种新材料面临着一个巨大的挑战，就是怎么样设计出精确的合成路线，以控制材料的组成、结构性质和高孔隙率。

溶胶-凝胶法是一种在温和条件下合成无机材料的重要方法，它首先将原料分散于溶剂中，经过水解、醇解或配合等反应生成活性单体，之后形成溶胶，再逐渐转化为具有一定空间结构的凝胶，最后经过干燥和热处理制备出所需固体材料。硬模板法是指将某种无机金属前驱物引入硬模板孔道中，然后经焙烧在纳米孔道中生成氧化物晶体，去除硬模板后制备出相应的介孔材料，理想情况下所得材料可保持原来模板的孔道形貌。

目前,未见将两种方法相结合来制备无序介孔SnO₂材料，只要掌握了对介孔二氧化锡纳米材料的可控合成,就能有目的地调控其各项性质参数,并最终实现其应用价值。因此，无序介孔SnO₂材料以其独特优良的结构性能在诸多领域中具有广泛的应用前景。

发明内容

溶胶-凝胶法有利于无机物种在分子尺度上进行排列，但由于溶剂尤其是水的表面张力非常大，从凝胶孔隙中脱出时,能产生很大的毛细收缩力，导致凝胶微细结构发生断裂和孔道收缩，因此在通常的合成条件下由该法制备出的材料的孔隙率较低,一般为致密的固体。由于模板法合成纳米材料相比于其他方法有如下显著的优点：(1)模板法合成纳米材料具有相当的灵活性、(2)实验装置简单，操作条件温和、(3)能够精确控制纳米材料的尺寸、形貌和结构、(4)能够防止纳米材料团聚现象的发生。

本发明的创新点在于采用溶胶-凝胶法及硬模板法相结合的方法制备无序介孔氧化锡纳米材料。将锡源和硅源混合，通过溶胶-凝胶过程得到Sn/Si的复合物，在反应过程中形成硅模板，经老化、去除硅模板后得到纯氧化锡无序介孔材料。其步骤为：

(1)用分析天平准确称量0.1-1mol的SnCl₂·2H₂O，放入小烧杯中，再量取3-30mL的无水乙醇倒入上述小烧杯中，在磁性搅拌器上搅拌30min。