水热法合成二氧化锡纳米晶粉实验报告.docx

SnO 纳米微晶的溶胶水热法合成22023 级化学系应用化学专业颜廷国刘 峰一、 前言1二氧化锡 SnO2纳米晶粉是一种半导体氧化物，具有很大的比外表积和外表吸附特性，因而被广泛应用于各种有害、有毒及可燃易爆气体报警的气敏材料和湿敏材料。目前，制备超细二氧化锡SnO2微粉的方法很多，包括溶胶凝胶法、化学沉降法、激光分解法和水热合成法等，其中用水热法制备二氧化锡微晶有很多优点，如：a) 由于反响是在相对较高的温度和压力下进展，因此有可能实现在常规条件下不能进展的反响。b) 产物直接为晶态，使得晶粉粒度分布窄，晶体较完整；无须经过焙烧晶化过程，因此团聚较少，粒度均匀，形态比较规章。c) 转变反响条件温度、酸碱度、原料配比、矿化剂等可能得到具有不同晶体构造、组成、形貌和颗粒尺寸的产物。本文初步探讨了反响温度、介质酸度和反响物浓度对纳米二氧化锡的形成、形貌和粒状尺寸的影响。二、 试验局部1） 水热法制备纳米晶粉 SnO2的反响机理：首先是 SnCl4水解：SnCl + 4H O Û Sn(OH )+ 4HCl 形成无定形的Sn(OH ) 沉淀，接着发生424 ( S )4Sn(OH )4的脱水缩合和晶化作用：nSn(OH )4¾在¾一¾定温¾度¾下® nSnO2+ 2nH O 形2成SnO2纳米微晶。2） 试剂：试验中所用的四氯化锡、醋酸铵、乙醇95%、冰醋酸、氢氧化钾均为分析纯AR试剂。3） 试验仪器：烧杯、容量瓶50ml、玻璃棒、酸度计pHS-3C 型、聚四氟乙稀衬里不锈钢压力釜、台式烘箱、离心机附带离心管 、外表皿、电子天平、研钵、真空泵、抽滤装臵、PH 试纸。4） 试验试剂的预备：Ø 反响液的配制：分别配制浓度分别为0.5mol/L、1.0mol/L、2.0mol/L 的SnCl4溶液。Ø 缓冲液的配制：取 77.08 克醋酸铵固体与 59ml 冰醋酸充分混合配制成PH 约为 4.5 的缓冲液。Ø 配制浓度为 6.0mol/L 的氢氧化钾溶液。25） 合成反响：以分析纯四氯化锡 SnCl 5H O 为原料，用蒸馏4水配制成的肯定浓度溶液在肯定温度下，按肯定 K/Sn 摩尔比边搅拌边参加KOH 溶液至溶液PH=1.45，将溶液注入具有聚四氟乙烯衬里的不锈钢压力釜中，在 160°C 下进展水热恒温晶化 1.5 小时，待反响釜冷却至室温，倒出反响釜中反响产物至离心试管中，参加醋酸铵 醋酸缓冲液离心洗涤 45 次，最终用 95%的乙醇洗涤两次，于800C 下枯燥，然后研细。三、 SnO2纳米晶粉合成条件的探讨1） 反响物浓度的影响Ø 在水热反响温度为 160°C 时，考察 SnCl4浓度(0.5mol/L、1.0mol/L、2.0mol/L)对SnO2形成的影响，XRD 分析说明：SnCl4浓度对SnO2的平均晶粒尺寸影响不大，但是增大反响物浓度容易导致产物的聚结并使产率降低* 。*Concentration/molL 1Yield(%)0.5551.0352.020Ø The yield in different concentrations 如下表 1Ø 反响物浓度对SnO产率的影响，如下表 2浓度mol/L0.51.02.0SnO 产率(%)285.167.249.722) 介质酸度的影响Ø 转变介质酸度，把握其他条件不变，观看溶液的变化，如下表 3反响介质 PH 值PH<0.1PH=1.45PH>1.45溶液现象变化未沉降未沉降溶液粒消灭沉降度快速增大SnO 形态变化2产物呈半透亮呈凝胶状外观呈白色、或透亮凝胶状不透亮粉末状Ø 反响介质的酸度对SnO2微晶的形成、形貌及其颗粒尺寸有较大影响。该试验中选用 6.0mol/L 的KOH 溶液调整反响液的PH 值。Ø 小结：PH<0.1 时，反响介质酸度较高，SnCl4水解受到抑制，大量Sn 4 离子残留在反响液中，导致体系中SnO2晶核的数量相对较少，PH=1.45 时，SnCl4 水解较完全，大量Sn(OH )4 质点形成，在水热条件下发生脱水缩合，形成大量SnO23） 反响温度的影响微晶。Ø 试验中取反响物浓度为 0.5mol/L，反响时间为 1.5h，介质酸度 为PH=1.45 条件下，仅转变反响温度，比较SnO2纳米微晶的产量。Ø 温度对SnO2纳米微晶产量的影响如下表 4反响温度 0C 140160180SnO 的产量g21.972.483.25Ø 小结：在不同温度下所形成的产物都是四方晶系的 SnO2。由于温度上升将会促使 SnCl4增加。四、反响产物的表征水解和 Sn(OH )4的脱水缩合，因而产率随之1） 物象分析。用多晶 X 射线衍射法XRD确定产物的物象。在JCPDS 卡片集中查出SnO2的多晶标准衍射卡片，将样品的 d 值和相对强度与标准卡的数据相比照，确定产物是否为SnO 。22） 平均晶粒尺寸。由多晶X 射线衍射峰的半高宽，用Scherrer( 谢勒)公式求算：D hkl=K·l计算产物在hkl 方向上的平均晶粒尺寸，其中bb·cosJhkl为扣除仪器因子后hkl 衍射的半高宽弧度；K 为常数，通常取 0.9；J hkl 为hkl 衍射率的衍射角； l 为X 射线的波长。3） 颗粒尺寸。用透射电子显微镜 TEM观测产物的形貌和颗粒尺寸。4） 比外表积测定。用比外表积测定仪 BET测定样品的比外表积，并计算样品的平均等效粒径。五、结论：SnCl4浓度的增大伴随着反响介质酸度的增加，因此，浓度的影响主要可能是酸度的影响，这是产率随浓度增大而降低的主要缘由;反响PH=1.45 时残留于溶液中的Sn 4 离子数量已很少，形成的SnO 微2晶较难连续生长，产物具有较小的平均颗粒尺寸，粒子间的硬团聚作用也相应减弱，所以，适当降低反响介质酸度有利于产率的增大和产物颗粒尺寸的减小；反响随的温度的上升，产物的重结晶作用增加导致SnO2微晶长大，构造更加完整。综上所述，以SnCl45 HO 为原料合成纳米微晶SnO22的最正确设计方案为取 35.4ml、0.706mol/L SnCl4溶液于烧杯中，边搅拌边缓慢参加14.6ml、6.0mol/L KOH 溶液，此时反响液的 PH=1.45 将反响液顷入聚四氟乙烯衬里的压力釜内，臵之于台式烘箱中控温 1600C 水热反响1.5 小时，冷却至室温并用缓冲溶液洗涤 45 次，最终用 95%乙醇洗涤两次，于 800 C 下枯燥，然后研细，即可得到SnO2纳米晶粉。注：“*”标注处引自程虎民、马季铭、赵振国、齐利民纳米SnO2的水热合成北京大学物理化学争辩所 1996.7格外感谢吴仁涛教授对此次试验的指导与帮助！二OO 八年六月