一种3D立方体框架结构三元金属氧化物半导体偏锡酸锌的制备方法技术

本发明专利技术公开一种3D立方体框架结构三元金属氧化物半导体偏锡酸锌的制备方法，主要步骤为首先制成0.2M SnCl4无水乙醇溶液和0.1M Zn(NO3)2水溶液；然后在上述水溶液中加入六甲基四胺C6H12N4，磁力搅拌，制成Zn(NO3)2‑C6H12N4水溶液，其中C6H12N4在水溶液中的质量百分比为4.6％；称取NaOH溶于去离子水，配成0.5M NaOH水溶液，用作沉淀剂；在搅拌条件下将NaOH溶液逐滴加入，使溶液的PH值约为10～11，此后继续搅拌20min；然后在120℃条件下反应10h，得到前驱体ZnSn(OH)6沉淀物；自然冷却后收集的沉淀物，分别用去离子水和无水乙醇清洗，然后在室温下干燥，得到前驱体ZnSn(OH)6粉末；最后在500℃下高温热处理2h，得到纳米级3D立方体框架结构的ZnSnO3粉末。

【技术实现步骤摘要】
一种3D立方体框架结构三元金属氧化物半导体偏锡酸锌的制备方法
本专利技术涉及金属氧化物半导体气敏材料的制备方法，具体地说，涉及一种纳米级3D立方体框架结构三元金属氧化物半导体偏锡酸锌(ZnSnO3)的水热法制备方法。
技术介绍
随着社会的不断发展，尤其是工业的迅速发展，自然环境中以及生产生活过程中产生的有毒气体、可燃气体，越来越受到人们的关注与重视。这些气体，不仅对人们的健康生命及财产安全存在威胁和隐患，并且其对大气、水、土壤等的影响，可能会导致生态环境的恶化及破坏。因此，对有毒气体、可燃气体的检测和监控成为了环境监测的重点问题。气体传感器及其敏感材料的研究也因此进入了研究人员的视线，成为了新的研究领域。20世纪60年代，Seiyama等首次研制出基于可检测可燃气体的金属氧化物半导体传感器，自此，由于半导体金属氧化物有良好的气敏性能、成本低、易制备、环保等特点，其在气体传感器领域，成为了新的热点和重点。近10年来研究者发现将ZnO和SnO2复合后得到的三元金属氧化物偏锡酸锌(ZnSnO3)性质结构稳定，在气湿敏、光敏、催化和锂电池等领域都具有重要的应用潜力，并且其无毒无害，应用安全。为提高ZnSnO3气敏性能，通常要改变其形貌、增大其表面积，因此特殊形貌ZnSnO3气敏材料的制备极为关键，成为金属氧化物半导体气敏传感器研究的重要内容。本专利技术采用水热法制备ZnSnO3，在前驱体ZnSn(OH)6制备过程中，引入有机添加剂六甲基四胺C6H12N4，调整水热温度及时间，制备出一种纳米级3D立方体框架结构三元金属氧化物半导体ZnSnO3，所制备的材料因其特殊形貌而具有较大的比表面积。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纯度高、比表面积大的ZnSnO3的制备方法，较之现有技术，本专利技术制备出的纳米级3D立方体框架结构的ZnSnO3具有较大的比表面积。本专利技术的技术方案如下：一种3D立方体框架结构三元金属氧化物半导体偏锡酸锌的制备方法，包括如下步骤：1)称取SnCl4·5H2O溶于无水乙醇，采用磁力搅拌，制成0.2MSnCl4无水乙醇溶液；2)称取Zn(NO3)2·6H2O溶于去离子水，采用磁力搅拌，制成0.1MZn(NO3)2水溶液；然后在上述水溶液中加入六甲基四胺C6H12N4，磁力搅拌，制成Zn(NO3)2-C6H12N4水溶液，其中C6H12N4在水溶液中的质量百分比为4.6％；3)称取NaOH溶于去离子水，配成0.5MNaOH水溶液，用作沉淀剂；4)磁力搅拌条件下将1)中溶液加入2)中，并搅拌15min，其中Sn4+与Zn2+的摩尔比为1:1；然后在搅拌条件下将3)中NaOH溶液逐滴加入1)和2)的混合溶液中，使溶液的PH值约为10～11，此后继续搅拌20min；5)将4)所得溶液转移到高压反应釜中，然后在120℃条件下反应10h，得到前驱体ZnSn(OH)6沉淀物；6)自然冷却后收集5)中的沉淀物，分别用去离子水和无水乙醇清洗，然后在室温下干燥，得到前驱体ZnSn(OH)6粉末；7)将6)中的ZnSn(OH)6粉末在500℃下高温热处理2h，得到纳米级3D立方体框架结构的ZnSnO3粉末。本专利技术所述步骤7)得到纳米级3D立方体框架结构的ZnSnO3粉末粒径约为400～600nm。有益效果：本专利技术采用水热法制备的ZnSnO3，纯度高、颗粒为纳米级但无明显团聚，其形貌为3D立方体框架结构，具有较大的比表面积，这些特点决定其较适用于传感器用气敏材料。此外，本专利技术制备ZnSnO3的方法简单、成本低，可推广用于其它金属氧化物半导体的制备。附图说明图1是本专利技术所制备ZnSnO3的SEM形貌图；图2是本专利技术所制备ZnSnO3及其前驱体ZnSn(OH)6的X射线衍射图；图3是本专利技术流程及实现步骤。具体实施方式以下结合具体实施例和附图来对本专利技术做进一步说明：本专利技术使用SnCl4、ZnNO3、C6H12N4和NaOH等制备ZnSnO3粉末，所用原材料均为分析纯，下面将具体说明ZnSnO3的制备方法。如图3所示，本专利技术的制备方法具体如下：1)称取SnCl4·5H2O溶于无水乙醇，采用磁力搅拌，制成0.2MSnCl4无水乙醇溶液；2)称取Zn(NO3)2·6H2O溶于去离子水，采用磁力搅拌，制成0.1MZn(NO3)2水溶液；然后在上述水溶液中加入六甲基四胺C6H12N4，磁力搅拌，制成Zn(NO3)2-C6H12N4水溶液，其中C6H12N4在水溶液中的质量百分比为4.6％；3)称取NaOH溶于去离子水，配成0.5MNaOH水溶液，用作沉淀剂；4)磁力搅拌条件下将1)中溶液加入2)中，并搅拌15min，其中Sn4+与Zn2+的摩尔比为1:1；然后在搅拌条件下将3)中NaOH溶液逐滴加入1)和2)的混合溶液中，使溶液的PH值约为10～11，此后继续搅拌20min；5)将4)所得溶液转移到高压反应釜中，然后在120℃条件下反应10h，得到前驱体ZnSn(OH)6沉淀物；6)自然冷却后收集5)中的沉淀物，分别用去离子水和无水乙醇清洗，然后在室温下干燥，得到前驱体ZnSn(OH)6粉末；7)将6)中的ZnSn(OH)6粉末在500℃下高温热处理2h，得到纳米级3D立方体框架结构的ZnSnO3粉末，其粒径约为400～600nm，如图1所示。显然这种特殊结构的ZnSnO3具有较大的比表面积。此外，前驱体ZnSn(OH)6形貌与ZnSnO3相同，这表明高温热处理仅起脱水作用，不改变前驱体ZnSn(OH)6框架结构。将所制备的ZnSn(OH)6与ZnSnO3进行XRD测试，如图2所示。前驱体ZnSn(OH)6衍射峰较强，表明在水热制备过程中，生长和结晶良好；高温热处理后，所形成的ZnSnO3为无定型，如图2中插图所示。综上，本专利技术采用水热法所制备的ZnSnO3颗粒为纳米级3D立方体框架结构，纳米尺寸和空心的3D立方体框架使其具有较大的比表面积。这种制备方法具有借鉴意义，可进一步推广其它金属氧化物半导体材料的制备。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D立方体框架结构三元金属氧化物半导体偏锡酸锌的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)称取SnCl4·5H2O溶于无水乙醇，采用磁力搅拌，制成0.2M SnCl4无水乙醇溶液；2)称取Zn(NO3)2·6H2O溶于去离子水，采用磁力搅拌，制成0.1M Zn(NO3)2水溶液；然后在上述水溶液中加入六甲基四胺C6H12N4，磁力搅拌，制成Zn(NO3)2‑C6H12N4水溶液，其中C6H12N4在水溶液中的质量百分比为4.6％；3)称取NaOH溶于去离子水，配成0.5M NaOH水溶液，用作沉淀剂；4)磁力搅拌条件下将步骤1)中溶液加入步骤2)中，并搅拌15min，其中Sn4+与Zn2+的摩尔比为1:1；然后在搅拌条件下将3)中NaOH溶液逐滴加入步骤1)和步骤2)的混合溶液中，使溶液的PH值约为10～11，此后继续搅拌20min；5)将步骤4)所得溶液转移到高压反应釜中，然后在120℃条件下反应10h，得到前驱体ZnSn(OH)6沉淀物；6)自然冷却后收集步骤5)中的沉淀物，分别用去离子水和无水乙醇清洗，然后在室温下干燥，得到前驱体ZnSn(OH)6粉末；7)将步骤6)中的ZnSn(OH)6粉末在500℃下高温热处理2h，得到纳米级3D立方体框架结构的ZnSnO3粉末。...

【技术特征摘要】
1.一种3D立方体框架结构三元金属氧化物半导体偏锡酸锌的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)称取SnCl4·5H2O溶于无水乙醇，采用磁力搅拌，制成0.2MSnCl4无水乙醇溶液；2)称取Zn(NO3)2·6H2O溶于去离子水，采用磁力搅拌，制成0.1MZn(NO3)2水溶液；然后在上述水溶液中加入六甲基四胺C6H12N4，磁力搅拌，制成Zn(NO3)2-C6H12N4水溶液，其中C6H12N4在水溶液中的质量百分比为4.6％；3)称取NaOH溶于去离子水，配成0.5MNaOH水溶液，用作沉淀剂；4)磁力搅拌条件下将步骤1)中溶液加入步骤2)中，并搅拌15min，其中Sn4+与Zn2+的摩尔比为1:1；然后在搅拌条件下将3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀宇，夏梦真，朱宣同，李亨，傅惠，丁伯楠，刘颜鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12