專利名稱：一種蜂巢狀氧化亞錫納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種納米材料的制備方法，具體說是ー種蜂巢狀氧化亞錫納米材料的制備方法。
背景技術(shù)：
金屬氧化物半導體納米材料因為在很多領(lǐng)域具有廣闊的應用潛能，所以受到了很大的關(guān)注。納米材料的形貌和尺寸對其性能有重要影響，因此，人們在可控合成具有不同形貌和尺寸的納米材料方面做出了很大的努力。具有不同納米結(jié)構(gòu)金屬氧 化物半導體納米材料在催化、傳感器、能量存儲轉(zhuǎn)換等方面具有巨大的應用潛力。以鋰離子二次電池為代表的可充電電池技術(shù)是目前清潔能源研究領(lǐng)域的一大熱點。鋰離子電池具有工作電壓和能量密度高、循環(huán)性好、無記憶效應、對環(huán)境污染小、快速充電、自放電率低等優(yōu)點，被廣泛用于便攜裝置所用儲能電池，并且逐步向電動汽車領(lǐng)域延伸。近年來，氧化亞錫(SnO)以其極高的理論比容量受到人們的廣泛關(guān)注。氧化亞錫的理論比容量為875mAh/g,遠遠高于目前商業(yè)化的碳負極材料(石墨372mAh/g),因此,氧化亞錫被認為是ー種有可能替代碳材料的理想鋰離子電池負極材料。此外，氧化亞錫還可以作為催化材料和制備ニ氧化錫(SnO2)的前驅(qū)體。循環(huán)性能較差是限制氧化亞錫作為鋰離子電池負極材料應用的關(guān)鍵問題之一。最近的研究發(fā)現(xiàn)，相比于氧化亞錫體材料而言，氧化亞錫納米材料在包括循環(huán)性能在內(nèi)的電化學性能方面表現(xiàn)更為優(yōu)異。然而，氧化亞錫為亞穩(wěn)材料，不能從自然界直接獲得，因此，利用納米合成技術(shù)制備具有不同形貌和尺寸的納米氧化亞錫具有重要的意義。納米氧化亞錫的制備方法主要包括熱蒸發(fā)法(J. Am. Chem. Soc. , 2002, 124，8673-8680)和濕化學法(J. Phys. Chem. C. ,2009, 113，14140-14144)。與熱蒸發(fā)法相比，濕化學法具有設(shè)備和操作簡單、條件溫和易控、成本低等特點。作為ー種重要的濕化學合成方法，水熱合成方法是以水為反應介質(zhì)，因此，除了兼有濕化學合成方法的優(yōu)點外，它還具有污染小、環(huán)境友好的特點，是ー種有望實現(xiàn)納米材料宏量可控制備及エ業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)有效方法。祝洪良等人(中國專利CN1915831A)公開了ー種水熱合成氧化亞錫納米片的專利；Iqbal等人(Mat. Lett. 2012, 68，409-412)通過水熱合成方法制備了氧化亞錫微納米結(jié)構(gòu)?？梢?，水熱合成是ー種獲得氧化亞錫納米材料有效方法。然而，目前關(guān)于氧化亞錫納米材料水熱合成的報道相對較少，如何通過水熱エ藝的調(diào)節(jié)，可控制備具有特殊形貌的氧化亞錫納米材料仍是目前納米合成技術(shù)領(lǐng)域的研究焦點之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種蜂巢狀氧化亞錫納米材料的制備方法，本發(fā)明采用水熱合成方法，以ニ水合氯化亞錫為錫源，氫氧化鈉為堿源，在表面活性劑的輔助下，成功制備了具有蜂巢狀結(jié)構(gòu)的氧化亞錫納米材料。該方法具有操作簡單、成本低、污染小、易于實現(xiàn)エ業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的特點。
一種蜂巢狀氧化亞錫納米材料的制備方法，其具體步驟為
步驟一、首先，將十六烷基三甲基溴化銨溶解于去離子水中，制備出十六烷基三甲基溴化銨水溶液，接著，向加入十六烷基三甲基溴化銨水溶液中加入ニ水合氯化亞錫，攪拌至完全溶解，得到混合溶液；最后，向上述混合溶液中滴加氫氧化鈉水溶液，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌5-10分鐘，得到其中二水合氯化亞錫的摩爾濃度為O. 10mol/L-0. 15mol/L，ニ水合氯化亞錫、十六烷基三甲基溴化銨和氫氧化鈉的摩爾比為1:1:2-4的最終混合溶液；本步驟中，制備十六烷基三甲基溴化銨水溶液時十六烷基三甲基溴化銨、去離子水的加入量，以及ニ水合氯化亞錫的加入量，所滴加氫氧化鈉水溶液的摩爾濃度和加入量的標準為，反應后所制備的最終混合溶液中達到ニ水合氯化亞錫的摩爾濃度為O. 10mol/L-0. 15mol/L，ニ水合氯化亞錫、十六烷基三甲基溴化銨和氫氧化鈉的摩爾比為1: 1:2-4。
步驟ニ、將上述步驟一所制備的最終混合溶液裝入有聚四氟こ烯內(nèi)襯的高壓反應釜中，最終混合溶液的裝入量占反應釜容積的80%-90%，然后在120-160°C下水熱反應12-15小時，反應結(jié)束后，反應釜隨爐冷卻至室溫；
步驟三、將上述步驟ニ反應釜內(nèi)反應后所得混合物質(zhì)以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心5-10min分鐘后，取出上層溶液，剩余沉淀物再進行下次洗滌。沉淀物質(zhì)用蒸餾水洗滌3_5次，洗滌的方法為，在裝有下層沉淀物質(zhì)的離心管中加入蒸餾水，并震蕩，使沉淀物質(zhì)懸?。蝗缓笠?000r/min的轉(zhuǎn)速離心5_10min分鐘后,取出上層溶液,剩余沉淀物再進行下次洗滌；然后將洗滌后的沉淀轉(zhuǎn)移到烘箱中，60°C干燥20小時后，就獲得了具有蜂巣狀結(jié)構(gòu)的氧化亞錫納米材料。有益效果
I.本發(fā)明采用水熱合成方法，可控制備了ー種特殊的具有蜂巢狀納米結(jié)構(gòu)的氧化亞錫納米材料。該方法具有操作簡單、條件溫和易控、容易實現(xiàn)エ業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的特點。2、制備出的蜂巢狀納米結(jié)構(gòu)氧化亞錫，由納米片組裝而成，形貌規(guī)則。這種特殊結(jié)構(gòu)的氧化亞錫納米材料在化學合成催化劑以及鋰離子電池負極材料方面均具有潛在應用價值。


圖I是實例I所得樣品的X-射線衍射圖譜；
圖2是實例I所得樣品的電鏡掃描照片；
圖3是實例2所得樣品的X-射線衍射圖譜；
圖4是實例2所得樣品的電鏡掃描照片；
圖5是實例3所得樣品的電鏡掃描照片。
具體實施例方式實例I
將I. 822克十六烷基三甲基溴化銨溶于20毫升去離子水中，攪拌至完全溶解，得到十六烷基三甲基溴化銨水溶液。將I. 128克ニ水合氯化亞錫加入所制備的十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，攪拌5分鐘使其完全溶解。攪拌條件下，在上述溶液中滴加已配置好的摩爾濃度為O. 75mol/L的氫氧化鈉溶液20毫升，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌10分鐘，得到反應溶液。反應溶液中二水合氯化亞錫的摩爾濃度為O. 125mol/L，氫氧化鈉的摩爾濃度為O. 375mol/L ;把配置好的反應溶液轉(zhuǎn)入容積為50毫升的聚四氟こ烯內(nèi)襯的高壓反應釜中，密封后，在130°C下加熱15小吋。反應結(jié)束后，反應釜隨爐冷卻至室溫。把所得含有產(chǎn)物的混合溶液以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心IOmin后，去除上清液，加入蒸餾水，再次以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心IOmin進行洗滌，洗滌3次以后，將下層沉淀轉(zhuǎn)移到烘箱中，在60°C下干燥20h后，就獲得了具有蜂巢狀結(jié)構(gòu)的氧化亞錫納米材料。圖I是所得樣品氧化亞錫納米材料的X-射線衍射圖譜，圖中各衍射峰與氧化亞錫的標準卡片(JCPDS No :06-0395)吻合，說明產(chǎn)物為純相的氧化亞錫；圖2是所得樣品的電鏡掃描照片，從圖中可以清楚的看出所合成的氧化亞錫具有蜂巢狀納米結(jié)構(gòu)，且該納米結(jié)構(gòu)由氧化亞錫納米片組裝而成。實例2
將I. 458克十六烷基三甲基溴化銨溶于20毫升去離子水中，攪拌至完全溶解，得到十六烷基三甲基溴化銨水溶液。然后將O. 902克ニ水合氯化亞錫加入所制備的十六烷基三 甲基溴化銨水溶液中，攪拌5分鐘使其完全溶解。攪拌條件下，在上述溶液中再滴加已配置好的摩爾濃度為O. 400mol/L的氫氧化鈉溶液20毫升，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌10分鐘，得到反應溶液。反應溶液中二水合氯化亞錫的摩爾濃度為O. lOOmol/L，氫氧化鈉的摩爾濃度為O. 200mol/L ;把配置好的反應溶液轉(zhuǎn)入容積為50毫升的聚四氟こ烯內(nèi)襯的高壓反應釜中，密封后，在140°C下處理14小時，反應結(jié)束后，反應釜隨爐冷卻至室溫。把所得含有產(chǎn)物的混合溶液以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心5min后，去除上清液，加入蒸餾水，再次以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心5min進行洗滌，洗滌3次以后，將下層沉淀轉(zhuǎn)移到烘箱中，在60°C下干燥20h后，就獲得了具有蜂巢狀結(jié)構(gòu)的氧化亞錫納米材料。圖3是所得樣品氧化亞錫納米材料的X-射線衍射圖譜，圖中各衍射峰與氧化亞錫的標準卡片(JCPDS No :06-0395)吻合，說明產(chǎn)物為純相的氧化亞錫；圖4是所得樣品的電鏡掃描照片，從圖中可以清楚的看出所合成的氧化亞錫具有蜂巢狀納米結(jié)構(gòu)，且該納米結(jié)構(gòu)由氧化亞錫納米片組裝而成。實例3
將2. 186克十六烷基三甲基溴化銨溶于20毫升去離子水中，攪拌至完全溶解，得到十六烷基三甲基溴化銨水溶液。然后將I. 354克ニ水合氯化亞錫加入所制備的十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，攪拌5分鐘使其完全溶解。攪拌條件下，在上述溶液中再滴加已配置好的摩爾濃度為I. 20 mol/L的氫氧化鈉溶液20毫升，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌10分鐘，得到反應溶液。反應溶液中二水合氯化亞錫的摩爾濃度為O. 150mol/L，氫氧化鈉的摩爾濃度為O. 600mol/L ;把配置好的反應溶液轉(zhuǎn)入容積為50毫升的聚四氟こ烯內(nèi)襯的高壓反應釜中，密封后，在160°C下處理12小時，反應結(jié)束后，反應釜隨爐冷卻至室溫。把所得含有產(chǎn)物的混合溶液以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心5min后，去除上清液，加入蒸餾水，再次以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心5min進行洗滌，洗滌3次以后，將下層沉淀轉(zhuǎn)移到烘箱中，在60°C下干燥20h后，就獲得了具有蜂巢狀結(jié)構(gòu)的氧化亞錫納米材料。圖3是所得樣品氧化亞錫納米材料的X-射線衍射圖譜，圖中各衍射峰與氧化亞錫的標準卡片(JCPDS No:06-0395)吻合，說明產(chǎn)物為純相的氧化亞錫；圖5是所得樣品的電鏡掃描照片，從圖中可以清楚的看出所合成的氧化亞錫具有蜂巢狀納米結(jié)構(gòu)，且該納米結(jié)構(gòu)由氧化亞錫納米片組裝而成。
權(quán)利要求
1.一種蜂巢狀氧化亞錫納米材料的制備方法，其特征在于其具體步驟為 步驟一、首先，將十六烷基三甲基溴化銨溶解于去離子水中，制備出十六烷基三甲基溴化銨水溶液，接著，向加入十六烷基三甲基溴化銨水溶液中加入二水合氯化亞錫，攪拌至完全溶解，得到混合溶液；最后，向上述混合溶液中滴加氫氧化鈉水溶液，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌5-10分鐘，得到其中二水合氯化亞錫的摩爾濃度為O. 10mol/L-0. 15mol/L，二水合氯化亞錫、十六烷基三甲基溴化銨和氫氧化鈉的摩爾比為1:1:2-4的最終混合溶液； 步驟二、將上述步驟一所制備的最終混合溶液裝入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應釜中，最終混合溶液的裝入量占反應釜容積的80%-90%，然后在120-160°C下水熱反應12-15小時，反應結(jié)束后，反應釜隨爐冷卻至室溫； 步驟三、將上述步驟二反應釜內(nèi)反應后所得混合物質(zhì)以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心5-10min分鐘后，取出上層溶液，剩余下層沉淀物質(zhì)用蒸餾水洗滌3_5次，然后將沉淀轉(zhuǎn)移到烘箱中，60°C干燥20小時后，就獲得了具有蜂巢狀結(jié)構(gòu)的氧化亞錫納米材料。
2.如權(quán)利要求I所述的一種蜂巢狀氧化亞錫納米材料的制備方法，其特征在于所述的步驟三中，洗滌的方法為，在裝有下層沉淀物質(zhì)的離心管中加入蒸餾水，并震蕩，使沉淀物質(zhì)懸??；然后以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心5_10min分鐘后,取出上層溶液,剩余沉淀物再進行下次洗滌。
全文摘要
一種蜂巢狀氧化亞錫納米材料的制備方法，采用水熱合成方法，將二水合氯化亞錫在攪拌條件下放入十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，再將氫氧化鈉水溶液滴加入上述混合溶液中，攪拌，獲得最終混合溶液。最終混合溶液中，控制二水合氯化亞錫的摩爾濃度為0.10mol/L~0.15mol/L，且二水合氯化亞錫、十六烷基三甲基溴化銨和氫氧化鈉的摩爾比為1:1:2-4；將最終混合溶液裝入反應釜，填充度為80～90%，在120～160℃水熱反應12～15h；將所得產(chǎn)物進行離心、洗滌、干燥即制備出蜂巢狀氧化亞錫納米材料。所制備的氧化亞錫納米材料具有均勻的多孔結(jié)構(gòu)，可在鋰離子電池負極材料、化學合成催化劑等方面獲得應用。本發(fā)明方法具有操作簡單、成本低、污染小、易于實現(xiàn)工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的特點。
文檔編號C01G19/02GK102659176SQ201210157920
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者付烏有, 孫廣, 孟哈日巴拉, 張戰(zhàn)營, 戚鳳曉, 曹建亮, 李彥偉, 毋乃騰, 王燕 申請人:河南理工大學