一种制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法及所得产品技术

本发明专利技术公开了一种制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法以及所得产品，步骤为：配制浓度为0.2–3.0 mol·L-1的无机锡盐水溶液，边搅拌边向其中加入0.5–5.0 mol·L-1的NaOH或KOH水溶液，使混合完毕得到的均匀白色沉淀悬浮液体系的pH值为6.0–8.5，继续搅拌10–60 min；将白色沉淀悬浮液进行固液分离，沉淀用水洗涤2–5次后于40–120℃干燥，得二氧化锡前驱体粉末；将二氧化锡前驱体粉末在真空度为0.01 Pa–25 kPa的环境中进行真空热处理，升温速率为2–15℃/min，保温温度为250–600℃，保温时间为0.5–4.0 h，自然冷却后得产品。本发明专利技术利用真空烧结工艺对二氧化锡前驱体粉末进行热处理，无需二次处理或改性，可直接获得富含氧空位的二氧化锡纳米粉，具有工艺简单、设备需求低、成本低、污染少、可大量生产等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法及所得产品，特别涉及一种通过真空热处理二氧化锡前驱体粉末制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法，属于微纳米功能材料合成
该富含氧空位的二氧化锡纳米粉可用于气敏传感、光催化、光电催化、光降解有机物等领域。
技术介绍
二氧化锡作为宽带隙的半导体氧化物，由于性质稳定、成本低、无毒等优点，在气敏传感、光催化、光电催化及光降解有机污染物等领域有重要的应用。然而，在实际应用中，由于二氧化锡的带隙较宽，只能吸收紫外光而无法吸收可见光，因此无法充分利用地面上丰富的太阳光作为光源来高效开展光催化及光降解这类应用。另一方面，当用作气敏材料时，二氧化锡由于电阻较大，其气敏性质往往低劣。而研究发现，缺陷化的二氧化锡，特别是富含氧空位的二氧化锡，可以产生与氧空位相关的新能级态，从而可以调整二氧化锡的费米能级位置，并使其吸收扩展到可见光区，同时也可以显著提高其气敏性质。因此，制备富含氧空位的二氧化锡是一条改善其光、电性能的重要途径。目前，制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法之一是进行离子掺杂。如H.Wang等研究者采用Sn2+掺杂二氧化锡（H.Wang,K.Dou,W.Y.Teoh,Y.Zhan,T.F.Hung,F.Zhang,J.Xu,R.Zhang,A.L.Rogach,EngineeringofFacets,BandStructure,andGas-SensingPropertiesofHierarchicalSn2+-DopedSnO2Nanostructures,Adv.Funct.Mater.2013,23,4847-4853）、TiekunJia等研究者采用Zn2+掺杂二氧化锡（TiekunJia,WeiminWang,FeiLong,ZhengyiFu,HaoWangandQingjieZhang,Synthesis,Characterization,andPhotocatalyticActivityofZn-DopedSnO2HierarchicalArchitecturesAssembledbyNanocones,J.Phys.Chem.C,2009,113,9071-9077）等，都可以获得含氧空位的二氧化锡。此类金属离子掺杂，用于使用水作溶剂在反应釜中进行水热反应来实现或者使用高沸点的有机溶剂进行常压反应来实现，因此，在反应设备、环保设施、有机废液的处理及再利用等方面有高的要求，使成本上升。此外，利用还原性气氛对二氧化锡进行热处理也可以获得含氧空位的二氧化锡纳米粉。如采用氢气还原的方法，龙洁等研究者（龙洁,苏新梅,夏定国,王道,沈云,二氧化锡中氧空位浓度与气敏性能关系的研究,北京工业大学学报，1997，23,113-118）制备了含氧空位的二氧化锡。这类方法，一方面，还原性气体的使用会带来安全风险和成本上升；另一方面，要先制备出二氧化锡纳米粉再对其进行二次热处理，增加了生产工艺流程，造成成本上升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法，该方法利用真空烧结工艺对二氧化锡前驱体粉末进行热处理，无需二次处理或改性，可直接获得富含氧空位的二氧化锡纳米粉，具有工艺简单、设备需求低、成本低、污染少、可大量生产等优点。本专利技术的目的还在于提供采用上述方法制得的富含氧空位的二氧化锡纳米粉。本专利技术具体技术方案如下：（1）配制浓度为0.2–3.0mol·L-1的无机锡盐水溶液，边搅拌边向其中加入0.5–5.0mol·L-1的NaOH或KOH水溶液，使混合完毕得到的均匀白色沉淀悬浮液体系的pH值为6.0–8.5，继续搅拌10–60min；（2）将步骤（1）所述白色沉淀悬浮液进行固液分离，沉淀用水洗涤2–5次后于40–120℃干燥，得二氧化锡前驱体粉末；（3）将步骤（2）所得二氧化锡前驱体粉末进行真空热处理，自然冷却后得产品。本专利技术步骤（1）中，所述无机锡盐为可溶于水的SnCl4或Sn(NO3)4或Sn(C2H3O2)4或它们的含水盐。上述步骤（2）中，所述固液分离，其方法为离心或减压过滤。本专利技术采用无机锡盐为锡源、NaOH或KOH为沉淀剂、水为溶剂制备二氧化锡前驱体，在形成锡的氢氧化物沉淀的同时，副产物主要是Na或K的氯化物或硝酸盐或醋酸盐，其溶解度高，易通过固液分离与沉淀分开。此外，使用水作溶剂，成本低、污染小。上述步骤（3）中，真空热处理的真空度为0.01Pa–25kPa。上述步骤（3）中，真空热处理的升温速率为2–15℃/min，保温温度为250–600℃，保温时间为0.5–4.0h。本专利技术采用真空热处理二氧化锡前驱体，使其在形成二氧化锡的同时产生氧空位。区别于离子掺杂法和还原性气氛烧结法，真空热处理不会引起二氧化锡化学成分的变化，也无需使用有安全隐患、成本高、对设备有特殊要求的还原性气体。此外，直接在前驱体热处理过程中一步完成了终产物二氧化锡纳米颗粒的形成和氧空位的产生，减少了二次热处理工艺，降低了成本。本专利技术所制得的二氧化锡为纳米粉，晶粒尺寸为10-100nm，富含氧空位，分散性好。附图说明图1为本专利技术实施例1通过真空热处理二氧化锡前驱体所制备的富含氧空位的二氧化锡纳米粉的粉末X射线衍射（XRD）图（a）和光学数码照片（b）。图2为本专利技术实施例1通过真空热处理二氧化锡前驱体所制备的富含氧空位的二氧化锡纳米粉的透射电子显微镜（TEM）照片及电子衍射花样（a）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）照片（b）。图3（a）为本专利技术实施例1通过真空热处理二氧化锡前驱体所制备的富含氧空位的二氧化锡纳米粉的紫外-可见漫反射光谱。图3（b）为本专利技术实施例3在空气中热处理二氧化锡前驱体所制备的二氧化锡纳米粉的紫外-可见漫反射光谱。图4（a）为本专利技术实施例1通过真空热处理二氧化锡前驱体所制备的富含氧空位的二氧化锡纳米粉的O1sX射线光电子谱（XPS）。图4（b）为本专利技术实施例3在空气中热处理二氧化锡前驱体所制备的富含氧空位的二氧化锡纳米粉的O1s的XPS图。图5为本专利技术实施例3在空气中热处理二氧化锡前驱体所制备的二氧化锡纳米粉的XRD图（a）和光学数码照片（b）。图6为本专利技术实施例3在空气中热处理二氧化锡前驱体所制备的二氧化锡纳米粉的TEM照片及电子衍射花样（a）和HRTEM照片（b）。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1以SnCl4·5H2O为锡盐，NaOH为沉淀剂：（1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）配制浓度为0.2–3.0 mol·L‑1的无机锡盐水溶液，边搅拌边向其中加入0.5–5.0 mol·L‑1的NaOH或KOH水溶液，使混合完毕得到的均匀白色沉淀悬浮液体系的pH值为6.0–8.5，继续搅拌10–60 min；（2）将步骤（1）所述白色沉淀悬浮液进行固液分离，沉淀用水洗涤2–5次后于40–120℃干燥，得二氧化锡前驱体粉末；（3）将步骤（2）所得二氧化锡前驱体粉末进行真空热处理，自然冷却后得产品。

【技术特征摘要】
1.一种制备富含氧空位的二氧化锡纳米粉的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）配制浓度为0.2–3.0mol·L-1的无机锡盐水溶液，边搅拌边向其中加入0.5–5.0
mol·L-1的NaOH或KOH水溶液，使混合完毕得到的均匀白色沉淀悬浮液体系的pH值为6.0–
8.5，继续搅拌10–60min；
（2）将步骤（1）所述白色沉淀悬浮液进行固液分离，沉淀用水洗涤2–5次后于40–120℃
干燥，得二氧化锡前驱体粉末；
（3）将步骤（2）所得二氧化锡前驱体粉末进行真空热处理，自然冷却后得产品。
2.根据权利要求1所述的制备富含氧空位的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长龙，魏玉玲，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37