一种二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料及其制备方法，所述二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的组成为(1

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种纳米复合材料及制备方法，尤其是二氧化锡复合氧化硅气凝胶纳米材料及其制备方法，属于纳米多孔宽禁带半导体材料


技术介绍

[0002]二氧化硅气凝胶是一种平均孔径可以控制在在50nm以下，具有极大比表面积、高孔隙率和极低密度的纳米多孔材料，被广泛应用于催化剂载体、隔热、吸附等领域。将一些功能材料引入其纳米孔隙中可以提高其功能特性，例如与壳聚糖、纳米纤维、石墨烯、碳单质、金属铂、氧化铁等复合制备，分别应用于重金属离子的吸附、红外感应材料、双超绝缘体、锂离子电池以及化学催化剂等领域。因此积极探索基于半导体等功能材料体系的气凝胶结构，对拓宽其应用领域具有重要意义。
[0003]二氧化锡是一种具有良好的透明性、导电性和物理化学稳定性的宽带半导体氧化物材料，其禁带宽度高达3.8eV，具有独特的光学、电学及催化性能，被广泛应用于吸附催化、气敏传感器、半导体导电玻璃、太阳能电池等领域。相比于普通二氧化锡而言，纳米二氧化锡具有密度小、比表面积大、孔隙率高等优点，因而性能更为优越，用途更为广泛。目前，人们通常采用物理或化学或相结合的方法来制备二氧化硅与二氧化锡的复合材料，如已公开专利(CN 1532230A)和(CN 107138147A)提出的将二氧化硅固体分散到二氧化锡前驱体液的复合制备方法和公开专利(CN 104264282A)提出的静电纺丝技术，上述各专利内提出的制备方法存在成本高、步骤繁琐、效率低、实际实施难度高等缺陷。
[0004]纳米晶半导体材料由于其小尺寸效应、表面/界面效应，预期将具有独特的光学、电学、磁学等特性，从而极大地拓宽其在光、电磁器件中的应用，开展相关的研究非常必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供密度低、孔隙率高、分散效果好、对二氧化锡的理论包覆率高、二氧化锡结晶性与重复性良好的二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料及其制备方法。
[0006]一方面，本专利技术提供一种二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料，所二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的组成为(1
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x)SiO2+xSnO2，其中x为质量百分比，0.01＜x＜0.5，二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料包括二氧化硅凝胶骨架、和分布在二氧化硅凝胶骨架的纳米孔道中的二氧化锡纳米晶。
[0007]较佳地，所述二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的孔隙率为89.2％
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97.3％。
[0008]另一方面，本专利技术提供一种制备上述二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的方法，包括以下步骤：(1)按二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的化学组成将水溶性锡盐溶于硅酸溶液中，得到二氧化锡
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二氧化硅复合前驱体溶液；(2)向所述二氧化锡
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二氧化硅复合前驱体溶液中添加六亚甲基四胺和/或乙醇胺，并调节温度到50～90℃，使其发生胶凝，然后进行第一次老化，得到复合湿凝胶；
(3)将所述复合湿凝胶与溶剂、沉淀剂(锡盐沉淀剂)混合并调节pH值为8～14，沉淀完成后进行第二次老化，得到前驱体湿凝胶；(4)对所得前驱体湿凝胶进行溶剂替换、干燥、热处理后，得到所述二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料。
[0009]较佳地，所述水溶性锡盐为四氯化锡(SnCl4)、碘化锡(SnI4)、五水四氯化锡(SnCl4·
5H2O)、乙酸锡(C8H
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O8Sn)中的至少一种。
[0010]较佳地，所述沉淀剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的至少一种。
[0011]较佳地，所述热处理的温度为300～1200℃，保温时间为1～24小时。
[0012]较佳地，所述第一次老化的温度为30～90℃，时间为5～38小时。
[0013]较佳地，所述第二次老化的温度为30～90℃，时间为1～4小时。
[0014]较佳地，步骤(3)中的溶剂为去离子水、乙醇、正己烷、环己烷中的至少一种，体积为所述复合湿凝胶的体积的1～3倍。
[0015]较佳地，溶剂替换后进行表面甲基改性。表面改性剂可为1～5倍于Si摩尔量的甲基改性剂，进一步优选地，所述甲基改性剂选自三甲基氯硅烷、六甲基二硅胺烷中的至少一种。
[0016]根据本专利技术，能够提供密度低、孔隙率高、分散效果好、对二氧化锡的理论包覆率高、二氧化锡结晶性与重复性良好的二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料及其制备方法。
附图说明
[0017]图1为示出本专利技术通过溶胶凝胶
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前驱体法制备二氧化锡复合氧化硅气凝胶的流程的一例的流程图；图2(a)为纯二氧化硅气凝胶(100％SiO2)的XRD图谱；图2(b)为不同投料量的二氧化锡复合氧化硅气凝胶((1
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x)SiO2+xSnO2，x＝10％,20％,100％)的XRD图谱；图3为不同投料量二氧化锡复合氧化硅气凝胶((1
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x)SiO2+xSnO2，x＝0％,10％,20％,100％)的振实密度数据图；图4为实施例1二氧化硅气凝胶模板的场发射扫描电子显微镜(FESEM)照片。
具体实施方式
[0018]以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0019]本公开涉及一种纳米多孔结构半导体复合材料
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二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料(以下，有时称“二氧化锡复合氧化硅气凝胶粉体”、“复合气凝胶”、“复合材料”)及其制备方法。所述二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的组成为(1
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x)SiO2+xSnO2，其中x为质量百分比，0.01＜x＜0.5，二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料包括二氧化硅凝胶骨架、和分布在二氧化硅凝胶骨架的纳米孔道中的二氧化锡纳米晶。这里，“纳米晶”是指通过谢乐方程从X射线衍射的衍射峰的半宽度算出的粒径为24～33nm的晶粒，加上其较高的孔隙率，可以提供更多的活性位点。
[0020]本公开的二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料以氧化硅气凝胶为硬模板，二氧化锡晶粒为被包覆纳米粒子，将二氧化锡纳米粒子均匀分布在具有纳米孔道结构的二氧化硅气凝胶中，可以防止二氧化锡发生团聚，限制其晶粒增长，从而可以充分发挥纳米晶二氧化锡的小尺寸效应、表面/界面效应等性能。该复合气凝胶维持了较低密度(密度为0.06～0.33g/ml)与高孔隙率80％
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90％，并且由于其在溶胶阶段的离子级别的均匀分散，保证了后期纳米晶粒的小尺寸生长(粒径为24～33nm)。优选地，0.1≤x≤0.2，在该范围内进一步容易地制备二氧化锡复合氧化硅气凝胶。一些实施方式中，0.1≤x≤0.2，在该范围时复合气凝胶既表现出较低的密度(密度低于0.33g/ml)，其中的二氧化锡又具有较好的结晶性，与未结晶的二氧化锡相比，其具有更小的晶粒尺寸。
[0021]以下参照图1，示例性说明本专利技术以溶胶凝胶
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前驱体法制备所述二氧化锡复合氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料，其特征在于，所述二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的组成为(1
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x)SiO2+xSnO2，其中x为质量百分比，0.01＜x＜0.5，二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料包括二氧化硅凝胶骨架和分布在二氧化硅凝胶骨架的纳米孔道中的二氧化锡纳米晶。2.根据权利要求1所述的二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料，其特征在于，所述二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的孔隙率为89.2%
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97.3%。3.一种制备权利要求1或2所述的二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按二氧化锡复合氧化硅气凝胶材料的化学组成将水溶性锡盐溶于硅酸溶液中，得到二氧化锡
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二氧化硅复合前驱体溶液；（2）向所述二氧化锡
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二氧化硅复合前驱体溶液中添加六亚甲基四胺和/或乙醇胺，并调节温度到50～90℃，使其发生胶凝，然后进行第一次老化，得到复合湿凝胶；（3）将所述复合湿凝胶与溶剂、沉淀剂混合并调节pH值为8～14，沉淀完成后进行第二次...

【专利技术属性】
技术研发人员：高相东，史天泉，姚佳祺，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：