廖照江 栗鵬偉

[摘 要]以SnCl4·5H2O為原料,用溶膠-凝膠法制備SnO2納米粉體,用XRD和TEM對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征,研究了煅燒溫度對(duì)SnO2納米粒子粒徑的調(diào)控作用。

[關(guān)鍵詞]二氧化錫 納米粉體 溶膠-凝膠法

[中圖分類(lèi)號(hào)]TQ134.32[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-9416(2009)11-0106-02

納米尺度的SnO2因?yàn)榫哂袃?yōu)異的氣敏特性[1]和光電性能[2]而倍受關(guān)注,廣泛應(yīng)用于氣敏元件、催化劑、功能陶瓷、信息材料、染料敏化太陽(yáng)能電池[3-5]等方面。制備SnO2 納米粒子的方法很多,其中,溶膠-凝膠法以有機(jī)醇鹽作為前驅(qū)體,具有成本低、制備簡(jiǎn)單、產(chǎn)率大等優(yōu)點(diǎn),但易發(fā)生團(tuán)聚,從而影響性能。本文采用機(jī)械分散(球磨)法,有效地降低了的團(tuán)聚的發(fā)生,制備了不同粒徑的SnO2納米粒子。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

儀器:QM-3SP04行星式球磨機(jī),DZF-6020型真空干燥箱,MSAL XD-2型X射線(xiàn)衍射儀,H-7500透射式電子顯微鏡等。

試劑:結(jié)晶四氯化錫、無(wú)水乙醇等均為商品購(gòu)得的AR級(jí)試劑,以及自制的二次蒸餾水。

1.2 樣品制備

分別稱(chēng)取一定量的SnCl4·5H2O溶于蒸餾水,配制成系列濃度的SnCl4溶液。然后以0.5mol·L-1的NH3·H2O作為沉淀劑,在攪拌條件下,將NH3·H2O逐滴加入到上述已配制好的滴入SnCl4溶液中,反應(yīng)溫度控制在40-70℃之間,反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)溶液的pH控制在1.5-2.0之間(用0.5mol·L-1的HCl溶液調(diào)劑pH值),由此制得SnO2的前驅(qū)體Sn(OH)4溶膠。

將上述所得溶膠在室溫下放置老化3 h制成凝膠,用蒸餾水對(duì)凝膠進(jìn)行抽濾洗滌,直至濾液中加入0.lmol·L-1的AgNO3溶液后無(wú)沉淀產(chǎn)生為止,用無(wú)水乙醇對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌除水,放入烘箱內(nèi)80℃烘干24h,得到Sn(OH)4干凝膠,用球磨機(jī)研至粉末,再放入馬弗爐中,分別在500、600、700和800℃等4個(gè)不同溫度下焙燒,即可制得SnO2粉體。

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD分析

對(duì)500、600、700和800℃等4個(gè)溫度下的SnO2粒子進(jìn)行了XRD分析,所得譜圖與41-1445標(biāo)準(zhǔn)XRD譜圖PDF卡片相符合,因此,所制備的SnO2粒子均為四方金紅石結(jié)構(gòu),圖1為600 ℃所制備的SnO2粒子的XRD譜圖(見(jiàn)圖1)。

2.2 TEM分析

圖2為不同溫度(500℃、600℃700℃、800℃)下煅燒所得SnO2的透射電鏡圖。4個(gè)溫度下所得SnO2均為100nm以下的納米粒子(見(jiàn)圖2)。

3 結(jié)果與分析

3.1 SnO2的晶型

根據(jù)所得XRD圖與標(biāo)準(zhǔn)XRD譜圖的PDF卡片對(duì)照,制備得的SnO2粒子均為四方金紅結(jié)構(gòu)。由Scherrer公式計(jì)算得不同溫度下煅燒生成的SnO2粒子的平均晶粒尺寸大小各不相同,在20-100nm之間。

3.2 粒徑的變化

從圖2中可以看出,不同煅燒溫度下(500℃、600 ℃、700℃、800℃)所得SnO2的粉體顆粒的粒徑均小于100nm。4個(gè)溫度下的樣品顆粒規(guī)整、大小比較均勻,呈球狀和橢球狀,顆粒粒徑在20-100nm之間。

隨著溫度的升高,樣品的顆粒度逐漸增大:在500℃時(shí),粉體樣品粒徑均勻,顆粒呈聚集狀態(tài),粒徑大約為20nm;而溫度逐漸升高到600℃和700℃之后,樣品繼續(xù)生長(zhǎng),且粒徑分布逐漸變得均勻,分散性變好,粒徑也增加到50nm左右;而當(dāng)溫度升高到800℃之后,顆粒從球狀逐漸生長(zhǎng)為橢球棒狀顆粒,樣品團(tuán)聚較為嚴(yán)重,粒徑增加到100nm。

產(chǎn)物粒徑隨煅燒溫度升高逐漸增大,這是由于溫度升高,晶界遷移速度加快,晶粒的徑向生長(zhǎng)加快,晶體的粒徑就越大。按照實(shí)驗(yàn)中所述,當(dāng)固定反應(yīng)溶液的 pH=2時(shí),將凝膠干燥后,于600℃煅燒3 h,在此溫度下得到的樣品顆粒大致呈球形,分散性較好,粒徑約為30nm。

3.3 溫度對(duì)粒徑的影響

SnO2納米粒子的粒徑隨煅燒溫度升高逐漸增大,是由于影響晶粒長(zhǎng)大的因素是晶核的形成速率和晶核徑向增長(zhǎng)的速率之間比值不斷變化造成的。SnO2晶核的尺寸隨也隨兩者速率比值而改變。溫度升高,晶界遷移速度加快,晶粒的徑向生長(zhǎng)加快,晶體的粒徑就越大。

4 結(jié)語(yǔ)

采用溶膠-凝膠法、并以機(jī)械分散法(球磨)防止團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生,容易得到20-100nm的SnO2納米顆粒。煅燒溫度對(duì)的SnO2納米顆粒的粒徑是影響是,隨著煅燒溫度由600、700和800℃升至900℃,SnO2粒子的粒徑會(huì)增大,在600℃、700℃時(shí),有利于得到分散度較好的SnO2顆粒。

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[作者簡(jiǎn)介]

廖照江,性別:男,學(xué)歷:博士研究生,職稱(chēng):講師,研究方向:納米材料的合成及性能研究