微波合成二氧化锡纳米材料.doc

专业资料参考首选 7 微波溶剂热法制备 SnO 2 纳米材料目前,能够成功制备纳米材料的方法已有许多种,人们也已经利用很多种方法成功的合成了形貌特殊、性能优越的 SnO 2 纳米粉体。然而这些合成方法各有优缺点,包括室温固相化学法[57] 、溶胶- 凝胶法[58] 、沉淀法、溶剂热法等。其中溶剂热合成[59,60] 是应用最为广泛的一种方法,溶剂热法指在密闭的反应容器中,以溶剂(水、乙醇等)或者其他气流为介质,通过对反应体积加热,使体系产生高温高压的环境,反应物在此环境下离子活度增强,溶解度增大,发生溶解、重结晶,再经过分离和热处理就可以得到产物。溶剂热法具有设备要求不高,操作简便,产物形貌和组分易控,化学组成和形貌均匀等优点,而且通过改变溶剂热反应环境( pH 值、原料配比等) [61,27] ,可以获得不同形貌和尺寸的 SnO 2 ,通常采用模板辅助来实现[62,48] 。水热法包括水热晶化法[63] 、水热氧化法[64] 、水热沉淀法[65] 、水热合成法[66,67] 、微波水热法[48] 等。但是传统溶剂热法的不足之处在于反应过程慢、比较耗时,而微波加热具有反应迅速的特点,能够克服溶剂热反应耗时的缺点。微波加热能够实现分子水平的搅拌,均匀加热,温度梯度小,物质升温速度快, 能量利用率高。因此将微波法和溶剂热法相结合,则可以使反应迅速进行,而且操作简专业资料参考首选单,容易控制。微波- 溶剂热法[68,69] 是把传统的溶剂热法与微波场结合起来,体现出微波的独特性和溶剂热法本身的优势: 1 )快速加热提高了反应初期的净速率; 2 )抑制反应容器的加热,从而减少了热梯度引起的不均一问题,使反应物在快速和剧烈加热过程中均匀反应; 3 )氧化物的表面被微波吸收的羟基组覆盖,从而改变了表面温度,产生局部过热[43] 。微波溶剂热法合成纳米材料具有合成时间短、加热均匀、能耗少、颗粒均匀而细小等优点,是一种高效的纳米材料制备方法。因此本论文实验选择采用微波溶剂热法合成纳米 SnO 2 粉体。微波化学反应是合成纳米材料比较有效且迅速的方法,一方面因为其反应速率快、选择性好、产品转化率高;另一方面,越来越多的研究表明,将少量表面活性剂添加到反应溶液中,可以显著的影响纳米材料的形貌。但是,将微波加热与表面活性剂相结合来合成纳米材料却很少有人研究。其中表面活性剂在化学反应中作为软模板使用。软模板[70] 是指像表面活性剂或者表面活性剂聚集体等结构可变性大的双亲分子形成的一类物质,其与介孔无机骨架之间具有较强的作用,当软模板从中脱出后便形成介孔材料。易于构筑、形状多样、能模拟生物矿化是软模板最大的特点,软模板所具有的上述特点, 也使得借助软模板制备介孔材料的方法受到人们的格外重视, 利用软模板法制备介孔材料不仅操作简便,成本也比较低廉。在反应体系中,软模板和自组装之间存在着关系,因为在软模板存在的反应体系中,自组装过程可以顺利进行。“自组装”是指分子、纳米材料、微米或更大尺度物质的基本结构单元通过非共价键(诸如氢键、 CH- π作用、阳离子-π作用、π-π作用、范德华力、溶剂化)的协同作用自发聚集或组织成为一种结构的技术,通过该技术获得的物质结构不仅稳定,紧密,还具有一定的规则。纳米晶、纳米线等纳米材料的化学自组装过程,是实现特定纳米结构的一个重要环节。自组装技术在光学、纳米电子结构、催化、微电子、传感器等方面的应用中,也发挥着举足轻重的作用。通过自组装技术形成具有特殊形貌结构的物质可以给材料带来很多新的性质,并且激发了人们在很多领域的研究兴趣。 Deng 等[71] 利用湿化学法在室温下含有 PVP 和 EDA 过氧化氢溶液中利用氧化锡金属合成了单分散的自组装二氧化锡纳米球,纳米球是由 nm 左右的纳米晶自组装形成的,粒径为 30 nm 。 Jiang [72] 等利用水热法,通过调制水热温度和使用表面活性剂,反应物通过自组装过程形成分层花状纳米结构的二氧化锡,对浓度低至 5 ppm 的H 2和 CO 气体有较好的响应。查阅已有研究成果,可知将微波热和表面活性剂(软模板)结合可以使颗粒在反应过程中通过自组装过程形成形貌特殊,结构复杂,性能优异的化合物。 Qi 等人[73] 专业资料参考首选利用微波溶剂热法,添加不同的表面活性剂,并调节化学反应参数,合成了由纳米颗粒自组装形成的三维匕首状、双锥体状、梭子状、和微球等不同形貌的碳酸钙。 Potdar 等[74] 通过微波水热法制备了立方萤石结构的 Ce Zr O2 ,其表面积达到 125 m 2 /g ,产物颗粒是由约为 7 nm 的初晶聚集成的。 Gao 等人[75] 利用微波溶剂热法直接一步合成粒径小于 10 nm 的球状银纳米晶,并且讨论了银颗粒形