一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体结构及其制备方法，以偏锡酸锌空心球为基体，将空心球粉末溶解在33 vol%乙醇水溶液，以柠檬酸钠为表面活性剂，四氯化锡为锡源，氢氧化钠为沉淀剂，33 vol %乙醇水溶液为溶剂，搅拌均匀，将悬浮液转移至反应釜100‑150 ℃的水热反应12 h，冷却至室温，离心洗涤、烘干。本发明专利技术制备的偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体结构，立方体长0.8‑2.0 μm；棱呈弧形展开，长120‑250 nm，立方体内凹且表面具凸起状物质。本发明专利技术合成方法简单、对环境污染小、成本低，制备材料适用于传感器领域。

A zinc stannate / tin oxide two concave cube material and its preparation method

The invention discloses a zinc stannate / two tin oxide concave cube structure and a preparation method for zinc stannate hollow sphere as the base, the hollow spherical powder dissolved in 33 vol% ethanol water solution, using sodium citrate as surfactant, four tin chloride as the tin source, sodium hydroxide precipitation 33 agent, vol% ethanol aqueous solution as solvent, stirring, hydrothermal reaction will transfer the suspension to the reactor 100 150 C 12 h, cooling to room temperature, centrifugal washing and drying. Zinc stannate / the prepared tin oxide two concave cube cube structure, 0.8 2 mu m; curved edges, long 120 250 nm, concave and convex surface of the cube shaped material. The synthetic method has the advantages of simple method, small environmental pollution and low cost, and the preparation material is suitable for the field of sensors.

【技术实现步骤摘要】
一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料及其制备方法
本专利技术属于材料制备领域，涉及一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体复合物的制备。
技术介绍
近几年来，由于气体传感器具有实时、在线、廉价、制作方便等特点，越来越广泛的用于工业生产、生物检测、环境监测等。而气敏材料作为气体传感器的核心部件，极大程度地影响了材料的气敏性能，是当前研究的热点。ZnSnO3作为一种重要的功能材料，具有稳定的晶体结构、独特的电磁性质以及较高的氧化还原、氢解等活性，很多研究都致力于它的形貌控制。目前已经合成了ZnSnO3纳米棒、空心球、立方体、分等级空心纳米刺球等。而在实际的应用，单一的ZnSnO3材料在应用中仍存在局限性，如工作温度高、灵敏度较低等问题。因此，通过对ZnSnO3的掺杂改性合成ZnSnO3/氧化物(SnO2,ZnO等)的复合分等级材料是研究的热点，有助于实现在复杂和恶劣环境中的气体检测。SnO2是目前研究最为广泛的气敏材料，具有独特的气敏性质。以不同掺杂比合成ZnSnO3和SnO2的复合材料，有利于气敏性能的提高。在现有的研究中已合成了ZnSnO3/SnO2核壳结构、自组装纳米片复合结构。为了探索ZnSnO3/SnO2复合材料更广泛的应用空间，本法则聚焦于合成一种独特的ZnSnO3/SnO2复合结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料及其制备方法，以简化制备过程，降低成本，合成一种独特的ZnSnO3/SnO2复合结构，并改善材料的敏感性能。一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体结构的制备方法，包括反应体系的配制，液相合成处理，产物的分离、洗涤和干燥过程，其特征在于包括以下具体步骤：步骤一，以硝酸锌为锌源、四氯化锡为锡源，两者混合，溶于33vol％乙醇水，通过分两次不等量添加氢氧化钠在室温下形成均一悬浮液，经过充分的油浴反应和热处理制得偏锡酸锌空心球粉末。步骤二，将所述偏锡酸锌空心球粉末，置于33vol％乙醇水溶液中并搅拌得到悬浮液Ⅱ；步骤三，将柠檬酸钠作为表面活性剂加入到悬浮液Ⅱ中，磁力搅拌，混合均匀，得到悬浮液III；步骤四，以四氯化锡为锡源，溶解在33vol％乙醇水溶液中，滴加到悬浮液III中得到悬浮液Ⅳ。然后以氢氧化钠为沉淀剂，溶解在33vol％乙醇水溶液中，再滴加到悬浮液Ⅳ中得到悬浮液V；所述锡、氢氧化钠的摩尔比为1:6；且二氧化锡和偏锡酸锌以不同质量比进行掺杂；步骤五，将悬浮液V转移至反应釜中，进行水热处理12h，制得产物；将产物进行离心、洗涤、烘干，得最终产物即一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体复合材料。所述的一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体掺杂质量比为5％-15％，锡、柠檬酸钠的摩尔比为0-2。水热反应温度为100-150℃，反应时间为12h。所述的一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体长0.8-2.0μm；棱呈弧形展开，长120-250nm，立方体内凹且表面具凸起状物质。所述悬浮液的配备过程如下：过程一，配制33vol％乙醇水溶液，记为溶液Ⅰ；过程二，将偏锡酸锌空心球粉末溶于溶液Ⅰ中，搅拌混合得到均匀溶液，得到悬浮液Ⅱ；过程三，将柠檬酸钠溶于溶液Ⅰ中，搅拌得到均匀溶液，然后将此溶液逐滴滴加到悬浮液Ⅱ中并搅拌10min，得到悬浮液III；过程四，将四氯化锡溶于溶液Ⅰ中，搅拌得到均匀溶液，然后将两溶液逐滴滴加到悬浮液III中，并搅拌10min，得到悬浮液Ⅳ；过程五，将氢氧化钠溶于溶液Ⅰ中，搅拌得到均匀溶液，然后将此溶液逐滴滴加到悬浮液III中，并搅拌10min，得到悬浮液V。一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体复合材料，其特征在于：使用以上制备方法制备而得，具有高气敏性能。本专利技术具有有益效果。本专利技术在前人研究的基础上采用价廉易得的硝酸锌、四氯化锡和氢氧化钠为原料，通过沉淀法合成了偏锡酸锌空心球，再在空心球粉末中掺入不同量的SnO2,以柠檬酸钠为表面活性剂，四氯化锡为锡源，氢氧化钠为沉淀剂，在水热反应中自组装形成复合结构，使其比表面积、气敏性能得到提高，制备过程简单，成本低。附图说明图1为本专利技术一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料的扫描电镜图；图2为本专利技术一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料的扫描电镜图；图3为本专利技术一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料的扫描电镜图；图4为本专利技术一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料的扫描电镜图；图5为本专利技术一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料的扫描电镜和透射电镜图；图6为本专利技术一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料的扫描电镜图；图7为本专利技术一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料的扫描电镜图；图8为本专利技术一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料的扫描电镜图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。从图1到图8中，每个图均用不同比例显示了实验结果。实施例一(SnO2掺杂比例均为10％)(1)配制33vol％乙醇水溶液60mL，记为溶液Ⅰ。(2)将0.5gZnSnO3粉末溶于30mL溶液Ⅰ中，振荡10min，适当超声1-2min，得到均匀溶液Ⅱ。(3)向混合液中加入0.33mmolNa3C6H5O7·2H2O于溶液Ⅱ中，磁力搅拌5min中，使其均匀混合，得到溶液Ⅲ。(4)再称取0.33mmolSnCl4·5H2O溶于20mL溶液Ⅰ中，混合均匀后逐滴加入到溶液Ⅲ中，搅拌5min，得到溶液Ⅳ。(5)称取1.98mmolNaOH溶于在10mL溶液Ⅰ，搅拌得到均匀混合，将溶液逐滴加入溶液Ⅳ，搅拌10min，得到溶液V。(6)最后将溶液V转移到反应釜中反应，温度为120℃，反应时间是12h。自然冷却后，用乙醇水离心洗涤数次，最后将产物在70℃下,烘干12h。将本实施例得到的一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料进行电镜扫描后，从扫描电镜图1可以看出，本方法合成的具棱立方体长1.2-2μm，且表面均凸起。实施例二(SnO2掺杂比例均为5％)具体实验步骤同实施例一，将步骤三中柠檬酸钠的量减小为0.165mmol，步骤四中四氯化锡的量改为0.165mmol，步骤五中氢氧化钠的量减小为0.99mmol，其他步骤不变。将本实例制得的一种偏锡酸锌/二氧化锡复合物进行扫描。从图2可以看到，偏锡酸锌/二氧化锡复合物和实例一相比，减少四氯化锡的量后，立方体长为2-3μm。表面凸起状物质变为细小的颗粒状物质。实施例三(SnO2掺杂比例均为15％)具体实验步骤同实施例一，将步骤三中柠檬酸钠的量增加为0.498mmol，步骤四中四氯化锡的量改为0.498mmol，步骤五中氢氧化钠的量增加为2.988mmol，其他步骤不变。将本实施例所得产物进行扫描。从图3可以看出所得的表面凸起偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体长约2μm，表面充满粒状物，增大了材料的比表面积。实施例四(SnO2掺杂比例均为10％)具体实验步骤同实施例一，将步骤三中柠檬酸钠的量改为0.0mmol，其他不变。将本实例得偏锡酸锌/二氧化锡复合物进行扫描，如图4所示，当不加入表面活性剂柠檬酸钠时，复合物仍为长2μm左右的立方体结构，只是表面趋于平滑，表面具少量凸起状物质。实施例五(SnO2掺杂比例均为10％)具体实验步骤同实施例一，将步骤三中柠檬酸钠的量改为0.165mmol，其他不变。将本实施例所得一种偏锡酸锌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体结构的制备方法，包括反应体系的配制，液相合成处理，产物的分离、洗涤和干燥过程，其特征在于包括以下具体步骤：步骤一，以硝酸锌为锌源、四氯化锡为锡源，二者混合，溶于33vol％乙醇水，通过分两次不等量添加氢氧化钠在室温下形成均一悬浮液，经过充分的油浴反应和热处理制得偏锡酸锌空心球粉末；步骤二，将所述偏锡酸锌空心球粉末，置于33vol％乙醇水溶液中并搅拌得到悬浮液Ⅱ；步骤三，将柠檬酸钠作为表面活性剂加入到悬浮液Ⅱ中，磁力搅拌，混合均匀，得到悬浮液III；步骤四，以四氯化锡为锡源，溶解在33vol％乙醇水溶液中，滴加到悬浮液III中得到悬浮液Ⅳ；然后以氢氧化钠为沉淀剂，溶解在33vol％乙醇水溶液中，再滴加到悬浮液Ⅳ中得到悬浮液V；所述锡、氢氧化钠的摩尔比为1:6；且二氧化锡和偏锡酸锌以不同质量比进行掺杂；步骤五，将悬浮液V转移至反应釜中，进行水热处理12h，制得产物；将产物进行离心、洗涤、烘干，得最终产物即一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体结构的制备方法，包括反应体系的配制，液相合成处理，产物的分离、洗涤和干燥过程，其特征在于包括以下具体步骤：步骤一，以硝酸锌为锌源、四氯化锡为锡源，二者混合，溶于33vol％乙醇水，通过分两次不等量添加氢氧化钠在室温下形成均一悬浮液，经过充分的油浴反应和热处理制得偏锡酸锌空心球粉末；步骤二，将所述偏锡酸锌空心球粉末，置于33vol％乙醇水溶液中并搅拌得到悬浮液Ⅱ；步骤三，将柠檬酸钠作为表面活性剂加入到悬浮液Ⅱ中，磁力搅拌，混合均匀，得到悬浮液III；步骤四，以四氯化锡为锡源，溶解在33vol％乙醇水溶液中，滴加到悬浮液III中得到悬浮液Ⅳ；然后以氢氧化钠为沉淀剂，溶解在33vol％乙醇水溶液中，再滴加到悬浮液Ⅳ中得到悬浮液V；所述锡、氢氧化钠的摩尔比为1:6；且二氧化锡和偏锡酸锌以不同质量比进行掺杂；步骤五，将悬浮液V转移至反应釜中，进行水热处理12h，制得产物；将产物进行离心、洗涤、烘干，得最终产物即一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体复合材料。2.根据权利要求1所述的一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体材料的制备方法，其特征在于：所述的一种偏锡酸锌/二氧化锡凹面立方体掺杂质量比为5％-15％，锡、柠檬酸钠的摩尔比...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾晓华，练丹丹，李长超，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32