专利名称：一种Zn-掺杂SnO<sub>2</sub>微孔纳米材料的制备方法
技术领域：
本发明属于化工技术领域，特别是涉及一种Zn—掺杂SnCb微孔 纳米材料的制备方法。
背景技术：
Sn02是一种非常重要的宽带隙n-型半导体材料(电子带隙为3.6 电子伏特)，在制备高性能的光电子器件、气体传感器、透明半导体 电极、催化剂等领域有着重要的应用价值。最近几年的研究发现，当 Sn02粒子的尺寸被减小到纳米(10—9米)尺度范围时，它的许多物 理、化学性质随之发生改变。比如，纳米Sn02粒子的气体敏感程度 相对于其宏观材料形式会增加100倍，大大提高了其检测各种易燃、 易爆等危险气体的检测灵敏度。之所以会发生这种性质上的改变，是 由于当粒子的体积由宏观形式(微米尺度以上)变为纳米尺度时，其 表面积大大地增加了。表面积的增大，使其能接触到更多待测气体分 子，从而导致其气体敏感程度大大提高。因此，合成Sn02纳米材料 已经成为当今世界化学、材料领域的一个研究热点，每年在国际性的 学术刊物上都会有许多关于Sn02纳米材料合成方法的报道。
常用的Sn02纳米材料合成方法是物理蒸发法， 一般需要1000摄 氏度以上的加热温度，对设备的要求很高，不利于工业化生产。
最近发展出了一些低温的(100—200摄氏度)的溶液相合成方 法，如水热法、溶胶一凝胶法、溶剂热法等等。通过这些溶液相方法， 可以合成出高度结晶的Sn02纳米材料。但是，目前的这些方法存在 着一个共同的缺点合成时间过长。目前，各种文献中报道的使用水 热法、溶剂热法、溶胶一凝胶法合成Sn02纳米材料的合成时间为15
小时到3—5天。这是由于这些方法所采用的加热方式为热传导，这 种方式传热效率较低，从而需要较长的加热反应时间。这种长时间的 加热时间大大提高了 Sn02纳米材料工业化生产的成本，不利于大规 模的工业化生产。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的主要目的在于提供一种Zn—掺杂Sn02 微孔纳米材料的制备方法，该种方法采用微波加热的方式，具有反应 时间短、易于大规模工业化生产的特点。
本发明提供的该种Zn—掺杂Sn02微孔纳米材料的制备方法，包 括以下步骤-
a. 首先将以下重量比的原料混合均匀 四价锡盐 6 16; 锌盐 1 3; 十六烷基三甲基溴化胺 20 40; 乙醇胺 100 200; 蒸馏水 500 600;
b. 再将上述步骤所得溶液装入耐高压特富龙容器中，密闭、微 波加热至160 200°C，反应10—15分钟；
c. 将上述步骤所得产物经水和乙醇洗涤，然后离心分离、干燥， 即得到Zn—掺杂Sn02微孔纳米材料。
采用本方法获得的Zn—掺杂Sn02微孔纳米材料具有非常大的表 面积，达到了 120m2/g，孔隙大小约为1.1纳米。
其中，所述步骤a中四价锡盐可选用氯化锡、硝酸锡、硫酸锡等;
所述步骤a中锌盐可选用氯化锌、硝酸锌、醋酸锌等；
所述步骤a中十六烷基三甲基溴化胺作为表面活性剂，乙醇胺作 为配位剂，蒸馏水作为溶剂；
所述步骤a中原料试剂皆为分析纯；
所述步骤a的原料混合步骤优选为先将重量份数6 16的四价
锡盐与重量份数1 3的锌盐混合，然后加入重量份数20 40的十六 垸基三甲基溴化胺，再加入重量份数100 200的乙醇胺，最后加入 重量份数500 600的蒸馏水；
所述步骤a中所得混合溶液优选采用磁力搅拌成为透明无色的 液体；
所述步骤c所制得的Zn—掺杂Sn02微孔纳米材料，通过气敏性 质测量显示其具有高度的乙醇敏感性。
研究表明，微波是一种很好的加热源，由于其辐射的热传递方式， 其加热速率非常之高，可以在几秒钟的时间内使温度从室温上升到几 百摄氏度，且加热均匀。本发明中通过加入一定的十六烷基三甲基溴 化胺表面活性剂作为晶体结构生长导向剂，在100多摄氏度的条件下 合成出了由Sn02纳米粒子组装而成的微孔结构。
更具体的，本发明中采用十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)作为 表面活性剂，其在水溶液中会形成胶束，胶束的形状可以通过调节其 浓度而控制，在较高的浓度下，十六垸基三甲基溴化胺会形成三维胶 束，其中Sn"会吸附在这种三维胶束上面，形成S^+—CTAB骨架。 当开始微波加热时，Sn"水解形成Sn02，这样，就形成了 Sn02—CTAB 骨架结构，而最后用乙醇将CTAB洗脱，即形成了Sn02微孔结构。
综上所述，本发明提供的该种Zn—掺杂Sn02微孔纳米材料的制 备方法，采用微波加热方式，具有以下优点
1) 反应速度非常快，整个反应仅需10—15分钟 微波能够透射到反应溶液内部使偶极分子以极高的频率振荡，弓I
起分子的电磁振荡等作用，增加分子的运动，导致热量的产生，因此 微波加热是一种全方位的加热方法，反应体系整个处于微波的传播范 围之中，从上到下，从里到外，处处加热，大大提高反应速率；
2) 热惯性小
微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗很低，另一方面，微波的 输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在"余热" 现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要；
3) 节能高效
由于含有水分的物质极易直接吸收微波而发热，没有经过其他中 间转换环节，因此除少量的传输损耗外几乎无其他损耗，比一般常规 加热省电约30%—50%;
4) 易于大规模工业化生产
由于加热反应短，工业化生产的成本低，易于大规模工业化生产。
具体实施例方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进一步说明，但不作对 本发明的限定 实施例1
按重量比6: 2: 20: 100: 500称取四氯化锡、氯化锌、十六烷 基三甲基溴化胺、乙醇胺、蒸馏水，混合后经磁力搅拌成为无色透明
溶液，然后将此溶液转移至特富龙容器中，密闭，微波加热至160。C 反应10分钟，产物经水和乙醇洗涤后，离心分离、干燥，产品经粉 末X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)表征为高度结晶的 Zn—掺杂Sn02微孔材料，经过气敏性质测量显示其具有高度的乙醇 敏感性。
实施例2
按重量比10: 3: 40: 200: 600称取硫酸锡(IV)、乙酸锌、十 六垸基三甲基溴化胺、乙醇胺、蒸馏水，混合后经磁力搅拌成为无色 透明溶液，然后将此溶液转移至特富龙容器中，密闭，微波加热至 200 。C反应15分钟，产物经水和乙醇洗涤后，离心分离、干燥，产 品经粉末X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)表征为高度 结晶的Zn—掺杂Sn02微孔材料，经过气敏性质测量显示其具有高度 的乙醇敏感性。
实施例3
按重量比15: 3: 30: 150: 600称取硝酸锡(IV)、氯化锌、十
六垸基三甲基溴化胺、乙醇胺、蒸馏水，混合后经磁力搅拌成为无色透明溶液，然后将此溶液转移至特富龙容器中，密闭，微波加热至
180。C反应15分钟，产物经水和乙醇洗涤后，离心分离、干燥，产 品经粉末X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)表征为高度 结晶的Zn—掺杂Sn02微孔材料，经过气敏性质测量显示其具有高度 的乙醇敏感性。
以上已对其发明内容作了详尽说明。对本领域一般技术人员而 言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动， 都不会超出本申请所附权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种Zn-掺杂SnO2微孔纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤a.首先将以下重量比的原料混合均匀四价锡盐6～16；锌盐1～3；十六烷基三甲基溴化胺20～40；乙醇胺 100～200；蒸馏水 500～600；b.再将上述步骤所得溶液装入耐高压特富龙容器中，密闭、微波加热至160～200℃，反应10-15分钟；c.将上述步骤所得产物经水和乙醇洗涤，然后离心分离、干燥，即得到Zn-掺杂SnO2微孔纳米材料。
2、 根据权利要求1所述的一种Zn—掺杂Sn02微孔纳米材料的 制备方法，其特征在于，所述步骤a中四价锡盐优选采用氯化锡、硝 酸锡或硫酸锡。
3、 根据权利要求1所述的一种Zn—掺杂Sn02微孔纳米材料的 制备方法，其特征在于，所述步骤a中锌盐优选采用氯化锌、硝酸锌、 醋酸锌。
4、 根据权利要求1所述的一种Zn—掺杂Sn02微孔纳米材料的 制备方法，其特征在于，所述步骤a中原料试剂皆为分析纯。
5、 根据权利要求1所述的一种Zn—掺杂Sn02微孔纳米材料的 制备方法，其特征在于，所述步骤a的原料混合步骤优选为先将重 量份数6 16的四价锡盐与重量份数1 3的锌盐混合；然后加入重 量份数20 40的十六烷基三甲基溴化胺；再加入重量份数100 200 的乙醇胺；最后加入重量份数500 600的蒸馏水。
6、 根据权利要求1所述的一种Zn—掺杂Sn02微孔纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中所得混合溶液优选采用磁力搅 拌成为透明无色的液体。
全文摘要
本发明属于化工技术领域，提供一种Zn-掺杂SnO<sub>2</sub>微孔纳米材料的制备方法，该方法包括以下步骤a.首先将重量份数为6～16的四价锡盐、1～3的锌盐、20～40的十六烷基三甲基溴化胺、100～200的乙醇胺、500～600的蒸馏水混合均匀；b.再将上述步骤所得溶液装入耐高压特富龙容器中，密闭、微波加热至160～200℃，反应10-15分钟；c.将上述步骤所得产物经水和乙醇洗涤，然后离心分离、干燥，即得到Zn-掺杂SnO<sub>2</sub>微孔纳米材料。采用本发明方法获得的Zn-掺杂SnO<sub>2</sub>微孔纳米材料表面积达到120m<sup>2</sup>/g，孔隙大小约为1.1纳米，该种方法具有反应时间短、易于大规模工业化生产的特点。
文档编号C01G19/02GK101337688SQ200810114570
公开日2009年1月7日 申请日期2008年6月4日 优先权日2008年6月4日
发明者席广成, 星 王, 超 王 申请人:中国检验检疫科学研究院