[發明專利]一種在導電基底上生長多孔二氧化錫納米管的方法

有效

• 申請號: 201610400837.4
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN106082314B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 于京華;高超民;王衍虎;顏梅;葛慎光;張麗娜;張彥;孫曉路;張喆
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C01G19/02
• 分類號: C01G19/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業)37240
• 代理人: 李茜

技術領域

本發明涉及納米材料合成技術領域，更具體地說是一種在導電基底上基于原位自刻蝕模板機理制備一維多孔二氧化錫納米管的方法。

背景技術

二氧化錫是一種n型半導體材料，其禁帶寬度為3.6 eV，并且具有高達130 meV的激子束縛能，同時具有優良的導電性、良好的紫外吸收性能和優異的化學穩定性，廣泛應用于光電器件、太陽能電池的透明導電電極、鋰離子電池的電極材料和生物傳感器等領域。在過去幾十年，有大量關于二氧化錫合成的報道，大體可以分為氣相法，液相法和固相法，成功制備了不同結構和形貌的二氧化錫。其中液相法中的水熱法和溶劑熱法具有操作簡單，成本低，尺寸形貌可控性好等特點，是制備二氧化錫常用的方法。

二氧化錫的性能和其形貌、尺寸、結晶度密切相關，在不同形貌的二氧化錫中，其中一維多孔管狀結構具有大的比表面積，利于電子傳輸與分離，展示出優異的光學、電學和催化特性，引起了學者們的關注與研究。然而，二氧化錫納米管的制備方法還不是很完善，簡便一步制備二氧化錫納米管還很難實現，其中模板法被廣泛應用，但是，多數模板法需要在形成核殼結構之后加入強酸/堿作為刻蝕劑以除去模板形成中空結構，然而酸堿刻蝕步驟不僅會增加實驗的危險性和使實驗步驟更加煩瑣，而且還會不利于產品的清洗，提高制備成本，還會造成環境污染。本發明提供了一種在導電基體上基于自刻蝕模板機理制備一維多孔二氧化錫納米管的方法，制備過程中以氧化鋅納米棒作為原位犧牲模板，隨反應進行，尿素水解產生二氧化碳和氨氣，前者與錫酸鈉反應生成二氧化錫顆粒附著在氧化鋅納米棒表面，后者在水溶液中產生堿性環境，氧化鋅會被自產生的堿性環境逐漸刻蝕消逝，當其被完全刻蝕之后會形成一維多孔的二氧化錫納米管，而且過程中不需要繁瑣危險的附加強酸或強堿刻蝕步驟，兩步即可得到大小形貌均一的二氧化錫納米管。本方法可以簡單、低廉、環保的制備多孔二氧化錫納米管材料，適合于批量生產。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在導電基底上基于自刻蝕模板機理制備一維多孔二氧化錫納米管的方法。

本發明通過以下實驗方案實現：

一種在導電基底上基于原位自刻蝕模板機理制備一維多孔二氧化錫納米管的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

a. 超聲清洗導電玻璃，簡寫為FTO，干燥后導電面向下傾斜放入高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中；

b. 稱取乙酸鋅并溶解到超純水中，得到的溶液在室溫下攪拌5 min；

c. 稱取六亞甲基四胺并溶解到超純水中并且室溫下攪拌5 min；

d. 將步驟c所得的溶液轉移至步驟b的溶液中，室溫攪拌10 min后轉移至高壓反應釜中，封閉擰緊反應釜，于預熱的95 ℃烘箱內反應；

e. 反應完畢后，將高壓釜自然冷卻至室溫，取出長有氧化鋅的FTO，并用超純水洗滌，然后放入真空干燥箱中60 ℃干燥8 h。

f. 稱取四水合錫酸鈉溶解到乙醇/超純水混合溶劑中，室溫攪拌5 min；

g. 稱取尿素加入到上述溶液中，室溫攪拌5 min，以得到混合溶液；

h. 將上述制備的ZnO/FTO傾斜放入高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，導電面向下，并且將上述混合溶液轉移至反應釜中，擰緊反應釜，放入預熱的烘箱內反應；

i. 反應完畢后，將高壓釜自然冷卻到室溫，取出長有樣品的FTO，并用超純水徹底洗滌，然后放入真空干燥箱中60 ℃干燥8 h，最終在400 ℃條件下煅燒1 h以得到結晶度高的二氧化錫納米管。

步驟b中的乙酸鋅的質量為0.0658 g，將其溶解到10 mL超純水中以得到乙酸鋅溶液。

步驟c中六亞甲基四胺的質量為0.0421 g，將其溶解到10 mL超純水中得到溶液。

步驟d中反應時間為1~4 h。

步驟f中四水合錫酸鈉的質量為0.01~1 g，所用的混合溶劑的體積為10~20 mL。

步驟g中尿素的質量為0.09~9 g。

步驟h中烘箱的溫度為100~200 ℃，反應時間為10~100 min。

本發明操作簡單，成本低，通過兩步水熱法基于自刻蝕模板機理實現一維多孔二氧化錫納米管的成功制備，無需繁瑣危險的附加強酸/堿刻蝕步驟，安全環保，對環境友好。制備的多孔二氧化錫納米管具有大的比表面積，在光催化、太陽能電池、傳感器等領域具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明一維多孔二氧化錫納米管的透射電子顯微鏡圖。

具體實施方式