一种二氧化锡/二氧化硅复合纳米颗粒的制备方法

摘要

本发明公开了一种具有海胆状结构的二氧化锡/二氧化硅纳米复合材料的制备方法，其制备方法是：将硅源和锡源溶于水和乙醇的混合溶剂配制成前驱体溶液，利用注射泵将前驱体溶液通入燃烧反应器，进行水解反应，反应温度为1500～2000℃。球状二氧化硅颗粒在火焰中先生成，然后二氧化锡在其表面异相成核并取向生长，最终生成具有海胆状结构的二氧化锡/二氧化硅的纳米复合结构。本发明设备工艺简单，易操作，易于实现工业连续化制备。

权利要求

1.一种二氧化锡/二氧化硅复合纳米颗粒的制备方法，其特征在于，将锡源和硅源溶于水和乙醇的混合溶剂，配制成前驱体溶液；利用注射泵将前驱体溶液通入燃烧反应器，进行水解反应，反应温度为1500～2000℃，在所述燃烧反应器的火焰部首先生成二氧化硅颗粒，然后在所述二氧化硅颗粒表面又异向成核并取向生长出二氧化锡，最终生成具有海胆状结构的二氧化锡/二氧化硅复合纳米颗粒；

所述混合溶剂中水和乙醇的体积比为1：5～1：11，所述锡源和硅源在所述混合溶剂中的总浓度为0.5～1mol/L；

所述锡源是结晶型四氯化锡和/或氯化亚锡，所述硅源是正硅酸乙酯和/或二氯二甲基硅烷；

所述锡源和硅源的摩尔比为1：1～2：1。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液的进料速率为3～3

4ml/min，所述燃烧反应器中氧气的流量为0.3～0.6m/h，剪切压力为0.15～0.22MPa。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化锡/二氧化硅复合纳米颗粒中二氧化硅为球状、二氧化锡为棒状，以直径为200～400nm的所述球状二氧化硅为核心、所述棒状二氧化锡在所述球状二氧化硅表面向外生长，所述棒状二氧化锡的棒长为

100～300nm、直径为20～30nm。

说明书

一种二氧化锡/二氧化硅复合纳米颗粒的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于无机纳米材料技术领域，具体涉及一种具有海胆状结的二氧化锡/二氧化硅复合纳米颗粒的制备方法。

背景技术

[0002] 半导体氧化物纳米材料具有其独特的光、电性能，在激光器件、纳米电子学、纳米光子学等领域的应用非常广泛。为了获取独特的性能，人们将半导体氧化物纳米材料制备成各种形貌，如纳米管、纳米棒、纳米线、纳米带、纳米球、纳米立方体等。但是这些结构及性能单一，各自也存在某些缺陷，导致其限制了半导体材料的应用。因此，目前研究的热点之一是将这些结构相互复合从而形成新的三维结构，以便有更好的性能。

[0003] 二氧化锡是一种性能优良的n型半导体氧化物材料，它具有宽的带隙(3.62eV)、-4 -6低的电阻率(10 ～10 Ω·cm)以及其他半导体中少见的高透光性，因而是理想的太阳能电池电极和传感器材料。特别是对传感器应用领域的研究已经进行得非常深入，其中性能较好的是纳米棒，纳米带，纳米空心球以及它们之间的复合结构。目前，二氧化锡的三维复合结构的合成方法主要是水热法、模板法、层层生长法等，上述方法往往存在着制备工艺复杂、反应条件苛刻、高耗能、产量低以及引入杂质等问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种设备工艺简单，易操作，易于实现工业连续化的制备具有海胆状结构的二氧化锡/二氧化硅纳米复合材料的制备方法，以克服现有技术所存在的上述缺陷。

[0005] 本发明构思如下：

[0006] 火焰燃烧是一种快速、高温的反应过程，在制备纳米材料方面成本低廉，产物纯度高。这些结构的形成与火焰燃烧中高温、快速的反应过程以及不同组分之间的热力学性质有关。

[0007] 本发明就是利用不同前驱体在高温火焰中反应速率和成核速率的差异，控制反应速率较慢的SnO2在反应速率较快的SiO2表面异相成核并取向生长，最终得到具有海胆状结构的纳米复合颗粒。

[0008] 本发明的技术方案如下：

[0009] 一种二氧化锡/二氧化硅复合纳米颗粒的制备方法，将锡源和硅源溶于水和乙醇的混合溶剂，配制成前驱体溶液；利用注射泵将前驱体溶液通入燃烧反应器，进行水解反应，反应温度为1500～2000℃，在所述燃烧反应器的火焰部首先生成二氧化硅颗粒，然后在所述二氧化硅颗粒表面又异向成核并取向生长出二氧化锡，最终生成具有海胆状结构的二氧化锡/二氧化硅复合纳米颗粒；

[0010] 所述混合溶剂中水和乙醇的体积比为1：5～1：11，所述锡源和硅源在所述混合溶剂中的总浓度为0.5～1mol/L；

[0011] 所述锡源是结晶型四氯化锡和/或氯化亚锡，所述硅源是正硅酸乙酯和/或二氯二甲基硅烷。

[0012] 所述锡源和硅源的摩尔比为1：1～2：1。

[0013] 所述前驱体溶液的进料速率为3～4ml/min，所述燃烧反应器中氧气的流量为3
0.3～0.6m/h，剪切压力为0.15～0.22MPa。

[0014] 所述二氧化锡/二氧化硅复合纳米颗粒中二氧化硅为球状、二氧化锡为棒状，以直径为200～400nm的所述球状二氧化硅为核心、所述棒状二氧化锡在所述球状二氧化硅表面向外生长，所述棒状二氧化锡的棒长为100～300nm、直径为20～30nm。

[0015] 本发明与传统技术相比具有以下优点：

[0016] （1）设备工艺简单、易操作、周期短产量高，可连续规模化生产，易于工业化实施；

[0017] （2）二氧化硅纳米球上长棒比例高，结晶性良好；

[0018] （3）海胆状结构可控，通过调节水和乙醇的比例，氧气流量和剪切压力以及前驱体中硅和锡的摩尔比，可以制得不同尺寸的纳米棒和中心球的海胆状结构。

[0019] 本发明的产物是纳米棒和纳米球的复合结构，二氧化锡纳米棒借助于二氧化硅纳米球连接在一起，结构稳定，比单分散二氧化锡纳米棒有更好的电化学性能，可用在气体传感器、锂离子电池、催化剂等领域。

附图说明

[0020] 图1为实施例1所得产物的XRD图；

[0021] 图2为实施例1所得产物的场发射扫描电镜照片；

[0022] 图3为实施例1所得产物的普通透射电镜照片；

[0023] 图 4为实施例1所得产物的高分辨透射电镜照片。

具体实施方式

[0024] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0025] 实施例 1

[0026] 将结晶四氯化锡/正硅酸乙酯溶于水和乙醇的混合溶剂，配制成前驱体溶液；利用注射泵将前驱体溶液通入燃烧反应器，进行水解反应，反应温度为1500℃。球状二氧化硅颗粒在火焰中先生成，然后二氧化锡在其表面异相成核并取向生长，最终生成具有海胆状结构的二氧化锡/二氧化硅的纳米复合结构。

[0027] 其中：水和乙醇的体积比为1：5，锡源和硅源在所述混合溶剂中的总浓度为0.5mol/L，所述锡源和硅源的摩尔比为1：1。

[0028] 前驱体溶液的进料速率为3ml/min，氧气的流量为0.3m3/h，剪切压力为0.15MPa。

[0029] 如图1～4所示，制备的二氧化锡/二氧化硅复合纳米颗粒具有海胆状结构，以直径为200nm的二氧化硅球为核心，二氧化锡纳米棒在所述纳米二氧化硅球表面向外生长，所述二氧化锡纳米棒长100～150nm、直径20～30nm。

[0030] 实施例 2

[0031] 将为氯化亚锡/二氯二甲基硅烷溶于水和乙醇的混合溶剂，配制成前驱体溶液；利用注射泵将前驱体溶液通入燃烧反应器，进行水解反应，反应温度为2000℃。球状二氧化硅颗粒在火焰中先生成，然后二氧化锡在其表面异相成核并取向生长，最终生成具有海胆状结构的二氧化锡/二氧化硅的纳米复合结构。

[0032] 其中：水和乙醇的体积比为1：11，锡源和硅源在所述混合溶剂中的总浓度为1mol/L，所述锡源和硅源的摩尔比为2：1。

[0033] 前驱体溶液的进料速率为4ml/min，氧气的流量为0.6m3/h，剪切压力为0.22MPa。

[0034] 制备的二氧化锡/二氧化硅复合纳米颗粒具有海胆状结构，以直径为400nm的二氧化硅球为核心，二氧化锡纳米棒在所述纳米二氧化硅球表面向外生长，所述二氧化锡纳米棒长200～300nm、直径20～30nm。