一种氧化锡一维纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术采用电解法制备导电氧化锡一维纳米材料。该法利用阳离子交换膜，把电解槽分隔为只有阳离子才能自由通过的阴、阳两极室。在阳极室中加入含有螯合基团的有机物，需制备的氧化物A和掺杂物B的盐溶液，其中A浓度在0.05mol/L～2mol/L之间，A与B的摩尔比在1∶0.01～1∶0.20之间，在阴极室中加入防团聚剂。由于阳离子交换膜的存在，在电解过程中阳极室中的金属离子，通过阳离子交换膜进入阴极室，与阴极上缓释出的OH-结合形成氢氧化物，并逐渐形成沉淀。对沉淀进行过滤、洗涤、干燥，并在电阻炉中煅烧，即可得到掺杂的导电氧化锡纳米棒。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用电解法制备导电氧化锡的一维纳米材料。
技术介绍
一维纳米材料因其在尺寸上的微观性，从而表现出特殊的光、电、磁特性。这些特性使其在介观领域和纳米器件研制方面有着重要的应用前景。作为一种重要的宽带半导体材料，透明导电氧化物材料已经成为现代电子产业的基础材料之一，特别是在液晶显示、太阳能电池、隔热玻璃、电致变色、新型照明、建筑节能以及防静电等行业中。该系列材料主要是In2O3、SnO2、ZnO等宽带半导体材料中掺杂添加少量高价态元素，从而在导带中产生一个可以自由传到的电子载流子达到导电的效果。导电氧化锡是一种重要的半导体传感器材料，用它制备的气敏传感器灵敏度高，被广泛用于各种可燃气体、环境污染气体、工业废气以及有害气体的检测和预报。以SnO2为基体材料制备的湿敏传感器，在改善室内环境、精密仪器设备机房以及图书馆、美术馆、博物馆等均有应用。通过在氧化锡中掺杂一定量的CoO、Co2O3、Cr2O3、Nb2O5、Ta2O5等，可以制成阻值不同的压敏电阻，在电力系统、电子线路、家用电器等方面都有广泛的用途。氧化锡由于对可见光具有良好的通透性，在水溶液中具有优良的化学稳定性，且具有特定的导电性和反射红外线辐射的特性，因此在锂电池、太阳能电池、液晶显示、光电子装置、透明导电电极、防红外探测保护等领域也被广泛应用。而氧化锡纳米材料由于具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在光、热、电、声、磁等物理特性以及其他宏观性质方面较传统氧化锡而言都会发生显著的变化，所以可以通过运用纳米材料来改善传感器材料的性能。导电氧化锡可用于导电或抗静电的纤维、橡胶、陶瓷、塑料、涂料；防静电涂料用导电填料；代替白金或稀有金属作为电极材料用在玻璃熔制炉和化工行业；半导体极板贮存容器，太阳能电池材料，半导体气敏及湿敏元件等；液晶显示(LCD)、气体放电显示、电致发光显示(ELD)、扁平式电视显象管、荧光显示和电致彩电显示(ECD)等各式显示器件用三防(防静电、防眩光、防辐射)透明导电涂层等众多领域中。近年来，随着人们对人类工程学的重视，显象管或显示屏是否具有三防特性成为商业成功的关键。同时导电氧化锡的浅色透明性既可以起装饰作用，又具有高的光透射作用，且对材料本身强度影响很小，使得其在航空航天和电子工业中得到应用。导电氧化锡广泛应用于高档光学玻璃的熔炼以及电解铝等行业，氧化锡电极尤其适用于火石类玻璃、钡火石、钡冕，以及重冕玻璃等的熔炼，且对玻璃不产生污染。导电氧化锡添加到聚合物中能耐一定的酸、碱和机械磨损，不受气候和使用环境的限制，具有明显优势。导电氧化锡纳米棒有明显的纳米效应：表面效应、体积效应和量子效应，所以它具有许多体相材料和微米材料所不具备的独特物理化学性能。利用其纳米化所具有的高电导率，使导电氧化锡材料具有更加广泛的应用领域。由于导电氧呼吸纳米棒的尺度小，可以制成稳定的涂料或浆料，并可纺入纤维中。导电氧化锡纳米棒还具有良好的减反射、抗辐射、红外吸收等功能，可应用于建筑用低辐射率玻璃、红外吸收隔热材料等领域中。而且纳米棒由于具有“搭桥效应”，可以比纳米粉体具有更好的导电或抗静电效应，可以在很低的添加量时就达到良好的导电或抗静电效果。一般制备纳米氧化锡的方法可以分为物理法和化学方法。物理法（机械法）是利用特殊的粉碎技术将普通的粉体破碎，但由于现有粉碎技术及设备的限制，很难制备出真正的纳米级；化学法目前主要有溶胶-凝胶法、微乳液法、喷雾干燥法、等离子体法、燃烧法、沉淀法、化学气相沉积（CVD）法、激光CVD法，等等，虽然这些方法均能制备出纳米级的氧化物，但也存在着一些弱点：反应时间较长或产量较低、控制条件要求严格等。氧化锡的制备方法很多，包括固相合成法、液相合成法和气相合成法三类，每一类又分很多种方法。当前常用的方法有溶胶凝胶法，共沉淀法，电化学沉积法等。本专利技术采用的电解法制备导电氧化锡一维纳米材料，原料广泛，操作简单，能量效率高，一般在常温常压下就可进行，既可以作为单独，又可以与其它处理工艺相结合。目前有采用模板法（申来法，龚良玉，张君涛. 电池工业. 2009，14(6): 404-408），虽然形貌上可控性强，但在后续处理中由于模板的引入杂质难以处理干净，对产品的分散性、导电性、透光性等都会有不可避免的影响。也有采用二氧化硅结合氯化钠作为晶型诱导剂（胡勇，陈国建，陈雪梅，等. 化学世界. 2004, 8: 395-399）的方法，但在后处理中需要用到腐蚀性极强有毒的氢氟酸除去二氧化硅，成本高，因此也受到限制。还有采用氧化还原的方法（赵鹤云, 杨留方, 朱文杰, 等. 材料导报. 2004, 18(4): 96），此方法需要用到硼氢化钾，在反应过程中将放出大量氢气可能引起爆炸，成本高，而且产生大量有机废液污染环境。本专利技术采用电解的方法，采用阳离子交换膜为隔膜，把电解槽分隔为阳极室和阴极室。在电解过程中阳极室中的金属阳离子，通过阳离子交换膜在阴极室中得到相应的氢氧化物沉淀。然后经过高温煅烧，制备得到金属锡氧化物的一维纳米材料，工艺简单，方法易行，有广阔较好的应用前景和经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：利用电解的方法制备导电氧化锡一维纳米材料。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：利用阳离子交换膜，把电解槽分隔为阳极室和阴极室。在阳极室中加入含有螯合基团的有机物，可溶性锡盐作为A源和掺杂物B的可溶性盐溶液，其A源浓度在0.05 mol/L~2 mol/L之间，A与B的摩尔比在1:0.01~1: 0.20之间，在阴极室中加入防团聚剂。在电解过程中，控制阴极不同的电流密度，阳极室的金属锡离子通过阳离子交换膜到达阴极室。在阴极室中阴极不断消耗H+产生H2，而缓释出的OH-和金属锡阳离子结合形成氢氧化物沉淀。对其氢氧化物洗涤，过滤，然后在电阻炉中煅烧，即可得到导电的掺B氧化物A的一维纳米材料。本方法采用在阳极室中加入需制备的金属锡的盐溶液，在电解过程中，金属锡离子在电场的作用下，通过阳离子交换膜到达阴极室。在阴极室中电解溶液能够释放出H2或消耗H+，在金属氯化锡的盐溶液中反应方程式如下：2H2O + 2e-H2↑ + 2OH-在金属硝酸锡溶液中，反应方程式如下：NO3- + H2O+ 2e- NO2-+ 2OH-在硫酸锡溶液中，反应方程式如下：SO42- + H2O+ 2e- SO32-+ 2OH-2H2O + 2e-H2↑ + 2OH-同时在阴极上析出锡盐的氢氧化物，其反应方程式如下：Snx+ + xOH-Sn(OH)x↓由于阴极可以均匀缓释出OH-，并在安装有阴极的搅拌器的作用下防止沉淀物在阴极上沉积。同时在阳极室中的阳极有氯气或氧气等气体释放出来。在金属氯化物的盐溶液中，反应方程式如下：2Cl-Cl2↑ + 2e-在硝酸盐溶液中，反应方程式如下：2H2OO2↑ + 4H+ + 4e-在硫酸盐溶液中，反应方程式如下：2H2OO2↑ + 4H+ + 4e-对阴极室中的沉淀进行过滤、洗涤，干燥即可得到金属的氢氧化物。对其氢氧化物在电阻炉中煅烧，即可得到导电氧化锡一维纳米材料。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：1. 本方法制备出的氧化物的纯度高，特别是对电解氯化物的盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电氧化锡一维纳米材料的制备方法，其特征在于：在电解槽中用阳离子交换膜，把电解槽分隔为只有阳离子才能自由通过的阳极室和阴极室，而阴离子则不能通过。在阳极室中加入含有螯合基团的有机物，需制备的金属锡盐A和掺杂物盐B的溶液，其中A浓度在0.05mol/L～2mol/L之间，A与B的摩尔比在1∶0.01～1∶0.20之间，在阴极室中加入防团聚剂。由于阳离子交换膜的存在，在电解过程中阳极室中的金属离子，通过阳离子交换膜进入阴极室。阴极室中阴极释放出的OH‑与金属锡离子形成氢氧化物沉淀。对阴极室中的沉淀，进行过滤、洗涤、干燥，即可得到金属锡的氢氧化物。对其氢氧化物在电阻炉中煅烧，即可得到具有掺杂的导电氧化锡一维纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种导电氧化锡一维纳米材料的制备方法，其特征在于：在电解槽中用阳离子交换膜，把电解槽分隔为只有阳离子才能自由通过的阳极室和阴极室，而阴离子则不能通过。在阳极室中加入含有螯合基团的有机物，需制备的金属锡盐A和掺杂物盐B的溶液，其中A浓度在0.05mol/L～2mol/L之间，A与B的摩尔比在1∶0.01～1∶0.20之间，在阴极室中加入防团聚剂。由于阳离子交换膜的存在，在电解过程中阳极室中的金属离子，通过阳离子交换膜进入阴极室。阴极室中阴极释放出的OH-与金属锡离子形成氢氧化物沉淀。对阴极室中的沉淀，进行过滤、洗涤、干燥，即可得到金属锡的氢氧化物。对其氢氧化物在电阻炉中煅烧，即可得到具有掺杂的导电氧化锡一维纳米材料。2.根据权利要求1所述的一种导电氧化锡一维纳米材料的制备方法，其特征在于：用电解的方法制备导电氧化锡纳米棒，原料广泛，操作简单，有广阔较好的应用前景...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪若瑜，谢春荣，
申请(专利权)人：苏州纳康纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32