一種水浴法制備銀包覆偏錫酸鋅的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水浴法制備銀包覆偏錫酸鋅的方法，采用表面活性劑CTAB輔助水熱合成的方法，將七水硫酸鋅和十六烷基三甲基溴化銨溶解，再將五水合四氯化錫和氫氧化鈉溶解，然后進行恒溫滴定，并在150℃下反應6h后隨爐冷卻至室溫，得到偏錫酸鋅，利用水浴法在硝酸銀溶液中，采用恒溫水浴在40℃下進行低溫反應，經離心、收集、干燥，最終得到產品。本發(fā)明原理簡單，操作方便，操作方便，費用低，耗時短，是一種高效經濟的制備方法。
【專利說明】一種水浴法制備銀包覆偏錫酸鋅的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備【技術領域】,更加具體地說,涉及Ag包覆ZnSnO3粉末的制備方法,主要應用于氣敏材料測試領域。

【背景技術】
[0002]隨著科學技術的提高，人們對于特種材料的需求量也越來越大。然而現階段材料的性能不能滿足人們生產和生活的需要。隨著納微米技術的深入，人們對于不斷改進材料的結構，提升材料的性能有了更深入的認識。因此研究開發(fā)功能性材料具有巨大的發(fā)展空間，意義也十分重大。
[0003]水熱合成法是一種重要的濕化學方法，它能夠非常方便的制備出多種形貌的ZnSnO3納/微米結構，由此引起了包括材料學在內的多學科研究人員的廣泛關注與興趣。ZnSnO3作為一種敏感材料，人們對它的應用研究以及進一步提高性能的研究也一直沒有中斷過。目前，采用水熱法制備了多種多樣形貌的ZnSnO3納/微米復雜結構，比較有代表性的如O維(納米微粒)，I維(納米線、納米棒)，3維(納米微球、納米方塊、納米籠子、多面體微晶)等。ZnSnO3是一種重要的氣敏材料，有著廣泛的應用。其對CO，H2S, i_ 丁烷，CH4, LPG,CH3SH, NOx等都有氣敏性。ZnSnO3在700°C以上易轉變成Zn2SnO4和Sn02。而Zn2SnO4的氣敏性能較差，是不希望得到的產物。因此材料的制備方法對氣體的靈敏度和響應-回復時間等有著很大的影響。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種簡單方便，成本低廉的利用水熱法制備銀包裹ZnSnO3的方法。
[0005]本發(fā)明的技術目的通過下述技術方案予以實現:
[0006]一種水浴法制備銀包覆偏錫酸鋅的方法，按照下述步驟進行:
[0007]步驟1，將七水硫酸鋅(ZnSO4.7H20)和十六烷基三甲基溴化銨(C16H33 (CH3) 3NBr，CTAB)溶解在20mL蒸餾水中，形成第一溶液；
[0008]步驟2，將五水合四氯化錫(SnCl4.5H20)和氫氧化鈉(NaOH)溶解20mL蒸餾水中，形成第二溶液；
[0009]步驟3，將第一溶液放置在60°C恒溫水浴磁力攪拌器中，待溫度恒定后，再第二溶液滴入第一溶液中，保持磁力攪拌30-60min后，將懸濁液轉入反應釜中，然后置于150°C下反應6h后隨爐冷卻至室溫(即20— 25°C);
[0010]步驟4，將收集到的白色沉淀用去離子水和無水乙醇多次離心分離，去除沉淀中的雜質離子，最后在70°C空氣氣氛下烘干得到偏錫酸鋅；
[0011]步驟5，將硝酸銀、乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和硼氫化鈉溶解在蒸餾水中，形成第三溶液；
[0012]步驟6，將制備的偏錫酸鋅加入第三溶液中，進行磁力攪拌和超聲振動，以使體系分散均勻，之后在恒溫水浴在40°C下磁力攪拌反應I一2h ；
[0013]步驟7，將收集到的沉淀用去離子水和無水乙醇多次離心分離，去除沉淀中的雜質離子，最后在70°C空氣氣氛下烘干得到最終產物。
[0014]在上述技術方案中，各個藥品的質量比為ZnSO4.7H20:SnCl4.5H20:CTAB:NaOH為13:16:5:11，獲得簡單立方結構的ZnSnO3，尺寸在40-80nm之間，分布均勻。
[0015]在上述技術方案中，各個藥品的質量比為ZnSO4.7H20:SnCl4.5H20:CTAB:NaOH為13:16:5:20，獲得層片狀結構的ZnSnO3，尺寸在100_200nm之間，分布均勻。
[0016]在上述技術方案中，各個藥品的質量比為ZnSO4.7H20:SnCl4.5H20:CTAB:NaOH為13:16:5:60，獲得14面體結構的ZnSnO3，尺寸在150_250nm之間，分布均勻。
[0017]在上述技術方案中，步驟3中，磁力攪拌選擇150— 200轉/min，滴加速度為0.Ι-Ο.5ml/min。
[0018]在上述技術方案中，步驟5中，選擇15mL蒸餾水，添加硝酸銀0.2g、乙二醇15mL、聚乙烯吡咯烷酮0.3g和硼氫化鈉0.07g。
[0019]在上述技術方案中，步驟6中，選擇加入偏錫酸鋅0.2g。
[0020]在上述技術方案中，步驟6中，磁力攪拌選擇150— 200轉/min。
[0021]本發(fā)明采用表面活性劑CTAB輔助水熱合成的方法，通過調控酸堿濃的，制備出尺寸均勻、結晶度好的多種形貌的ZnSnO3晶體。基于此種方法制備出的ABO3結構的ZnSnO3納米材料，通過考察合成條件的變化對產物尺寸和形貌的影響，揭示了此種晶體的形成機理。本發(fā)明技術方案原理簡單，操作方便，費用低，耗時短，生成的Ag包覆ZnSnO3分散性好且均勻，是一種高效經濟的制備方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明中ZnSnO3的制備實施例1制備產品的掃描電鏡照片。
[0023]圖2是本發(fā)明中ZnSnO3的制備實施例2制備產品的掃描電鏡照片。
[0024]圖3是本發(fā)明中ZnSnO3的制備實施例3制備產品的掃描電鏡照片。
[0025]圖4是本發(fā)明制備的實施例產品ZnSnO3的XRD測試曲線，其中a為實施例l，b為實施例2，c為實施例3。
[0026]圖5是本發(fā)明中銀包覆偏錫酸鋅的制備實施例制備產品的掃描電鏡照片。
[0027]圖6是本發(fā)明中銀包覆偏錫酸鋅的制備實施例制備產品的XRD測試曲線，其中.為 ZnSnO3, ?為 Ag。

【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術方案。
[0029]先進行ZnSnO3的制備實施例1-3
[0030]實施例1:
[0031]各個藥品的質量比為:ZnSO4.7H20: SnCl4.5H20: CTAB:NaOH 為 13:16:5:11。
[0032]稱取0.259g的ZnSO4.7H20粉末，放入40ml燒杯中，加入20ml蒸餾水，并放在磁力攪拌器上不斷攪拌，待其完全溶解后，緩慢加入0.1g的CTAB，在60°C水浴上攪拌lOmin，直至溫度恒穩(wěn)。另取一只燒杯，稱取0.316g的SnCl4.5H20粉末，置于40ml燒杯中，加入20ml蒸餾水，并放在磁力攪拌器上不斷攪拌，待其完全溶解后，緩慢加入0.23gNaOH,待其完全溶解后，用滴管將溶液緩慢滴入到水浴的燒杯中(磁力攪拌選擇150轉/min，滴加速度為0.5ml/min)，此時有大量白色沉淀產生。在60°C恒溫水浴磁力攪拌30_60min后，將懸濁液轉入60ml的反應釜中，然后置于150°C干燥箱中反應6h后隨爐冷卻至室溫。將收集到的白色沉淀用去離子水和無水乙醇多次離心分離，去除沉淀中的雜質離子。最后在70°C空氣氣氛下烘干1h以上得到最終產物，如附圖1所示，附圖1所示的結構為簡單立方結構的ZnSnO3，尺寸在40-80nm之間，分布均勻。
[0033]實施例2:
[0034]各個藥品的質量比為:ZnSO4.7H20:SnCl4.5H20:CTAB:NaOH 為 13:16:5:20。
[0035]稱取0.259g的ZnSO4.7H20粉末，放入40ml燒杯中，加入20ml蒸餾水，并放在磁力攪拌器上不斷攪拌，待其完全溶解后，緩慢加入0.1g的CTAB，在60°C水浴上攪拌lOmin，直至溫度恒穩(wěn)。另取一只燒杯，稱取0.316g的SnCl4.5H20粉末，置于40ml燒杯中，加入20ml蒸餾水，并放在磁力攪拌器上不斷攪拌，待其完全溶解后，緩慢加入0.4gNaOH，待其完全溶解后，用滴管將溶液緩慢滴入到水浴的燒杯中(磁力攪拌選擇200轉/min，滴加速度為
0.lml/min)，此時有大量白色沉淀產生。在60°C恒溫水浴磁力攪拌30_60min后，將懸濁液轉入60ml的反應釜中，然后置于150°C干燥箱中反應6h后隨爐冷卻至室溫。將收集到的白色沉淀用去離子水和無水乙醇多次離心分離，去除沉淀中的雜質離子。最后在70°C空氣氣氛下烘干1h以上得到最終產物，如附圖2所示，附圖2所示的結構為層片狀結構的ZnSnO3,尺寸在100-200nm之間，分布均勻。
[0036]實施例3:
[0037]各個藥品的質量比為:ZnSO4.7H20: SnCl4.5H20: CTAB:NaOH 為 13:16:5:60。
[0038]稱取0.259g的ZnSO4.7H20粉末，放入40ml燒杯中，加入20ml蒸餾水，并放在磁力攪拌器上不斷攪拌，待其完全溶解后，緩慢加入0.1g的CTAB，在60°C水浴上攪拌lOmin，直至溫度恒穩(wěn)。另取一只燒杯，稱取0.316g的SnCl4.5H20粉末，置于40ml燒杯中，加入20ml蒸餾水，并放在磁力攪拌器上不斷攪拌，待其完全溶解后，緩慢加入0.6gNaOH，待其完全溶解后，用滴管將溶液緩慢滴入到水浴的燒杯中(磁力攪拌選擇180轉/min，滴加速度為
0.3ml/min)，此時有大量白色沉淀產生。在60°C恒溫水浴磁力攪拌30_60min后，將懸濁液轉入60ml的反應釜中，然后置于150°C干燥箱中反應6h后隨爐冷卻至室溫。將收集到的白色沉淀用去離子水和無水乙醇多次離心分離，去除沉淀中的雜質離子。最后在70°C空氣氣氛下烘干1h以上得到最終產物，如附圖3所示，附圖3所示的結構為14面體結構的ZnSnO3，尺寸在150-250nm之間，分布均勻。
[0039]將實施例1—3制備的產品進行XRD測試，結果由附圖4所示，雖然產品的形貌顯示為三種不同的形貌，三種制備方法的最終產物均為ZnSnO3。
[0040]利用上述實施例制備的層片狀ZnSnO3粉末進行Ag包裹
[0041]稱取0.2g的AgNO3溶解在15ml的蒸餾水中，待溶解后加入0.3gpvp (K-90)，再在上述溶液中加入15ml乙二醇(C2H6O2),磁力攪拌溶解至均勻后，再加入0.07g的NaBH4至完全溶解形成30ml的混合液。在上述30ml的混合液中加入0.2g的層片狀ZnSnO3粉末,磁力攪拌5min，再超聲振動lOmin，形成懸濁液。將懸濁液置于40°C水浴中，并伴隨磁力攪拌2h，直至顏色變灰。將收集到的白色沉淀用去離子水和無水乙醇多次離心分離，去除沉淀中的雜質離子。最后在70°C空氣氣氛下烘干1h以上得到最終產物，SEM如附圖5所示，其XRD如附圖6所示。
[0042]以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種水浴法制備銀包覆偏錫酸鋅的方法，其特征在于，按照下述步驟進行: 步驟I，將七水硫酸鋅和十六烷基三甲基溴化銨溶解在20mL蒸餾水中，形成第一溶液； 步驟2，將五水合四氯化錫和氫氧化鈉溶解20mL蒸餾水中，形成第二溶液； 步驟3，將第一溶液放置在60°C恒溫水浴磁力攪拌器中，待溫度恒定后，再第二溶液滴入第一溶液中，保持磁力攪拌30-60min后，將懸濁液轉入反應釜中，然后置于150°C下反應6h后隨爐冷卻至室溫； 步驟4，將收集到的白色沉淀用去離子水和無水乙醇多次離心分離，去除沉淀中的雜質離子，最后在70°C空氣氣氛下烘干得到偏錫酸鋅； 步驟5，將硝酸銀、乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和硼氫化鈉溶解在蒸餾水中，形成第三溶液； 步驟6，將制備的偏錫酸鋅加入第三溶液中，進行磁力攪拌和超聲振動，以使體系分散均勻，之后在恒溫水浴在40°C下磁力攪拌反應I一2h ； 步驟7，將收集到的沉淀用去離子水和無水乙醇多次離心分離，去除沉淀中的雜質離子，最后在70°C空氣氣氛下烘干得到最終產物； 其中各個藥品的質量比為七水硫酸鋅:五水合四氯化錫:十六烷基三甲基溴化銨:氫氧化鈉為13:16:5:11，獲得簡單立方結構的偏錫酸鋅，尺寸在40-80nm之間，分布均勻；各個藥品的質量比為七水硫酸鋅:五水合四氯化錫:十六烷基三甲基溴化銨:氫氧化鈉為13:16:5:20，獲得層片狀結構的偏錫酸鋅，尺寸在100-200nm之間，分布均勻；各個藥品的質量比為七水硫酸鋅:五水合四氯化錫:十六烷基三甲基溴化銨:氫氧化鈉為13:16:5:60，獲得14面體結構的偏錫酸鋅，尺寸在150-250nm之間，分布均勻；在所述步驟5中，選擇15mL蒸餾水，添加硝酸銀0.2g、乙二醇15mL、聚乙烯吡咯烷酮0.3g和硼氫化鈉0.07g ;在所述步驟6中，選擇加入偏錫酸鋅0.2g。
2.根據權利要求1所述的一種水浴法制備銀包覆偏錫酸鋅的方法，其特征在于，在所述步驟3中，磁力攪拌選擇150— 200轉/min，滴加速度為0.1—0.5ml/min。
3.根據權利要求1所述的一種水浴法制備銀包覆偏錫酸鋅的方法，其特征在于，在所述步驟6中，磁力攪拌選擇150—200轉/min。
【文檔編號】B82Y40/00GK104416154SQ201310407572
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權日:2013年9月9日
【發(fā)明者】鄭靜, 崔振鐸, 楊賢金, 朱勝利, 梁硯琴 申請人:天津大學