專利名稱：一種貴金屬金顆粒催化生長氧化錫納米線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及催化領(lǐng)域，尤其是一種貴金屬金顆粒催化生長氧化錫納米線的制備方法。
背景技術(shù)：
無機(jī)半導(dǎo)體一維納米結(jié)構(gòu)，例如納米線、納米棒、納米帶、納米管等納米材料，由于其獨特的低維數(shù)和量子限制效應(yīng)的物理化學(xué)性能，加上精確可控的尺寸和形貌特點，近些年一直引起人們極大的興趣，被視為組裝高性能納米器件的理想材料。其中，二氧化錫(SnO2)納米線因為具有更加廣泛的應(yīng)用尤其受到重視。二氧化錫是一種良好的n型半導(dǎo)體材料，不僅具有寬的帶隙(3. 6eV)，而且具有物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、對光良好的通透性、對氣體敏感度高等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用在氣敏傳感器、太陽能電池、光學(xué)器件、鋰離子電池等領(lǐng)域。目前已有許多文獻(xiàn)報道制備出氧化錫納米線結(jié)構(gòu)的納米材料，但其在氣敏傳感器、太陽能電池等方面的表現(xiàn)并不太理想，需要改善制備方法來提高氧化錫的性能表現(xiàn)。本發(fā)明利用噴霧燃燒裝置，借鑒化學(xué)氣相沉積法制備SnO2納米線的VLS機(jī)理，以五水四氯化錫為錫源，以氯金酸作為催化劑的前驅(qū)體，快速制備出貴金屬金顆粒催化生長的氧化錫納米線材料。制備出氧化錫納米線的尖端具有貴金屬金顆粒，貴金屬在太陽能電池等領(lǐng)域中與半導(dǎo)體氧化錫具有獨特的界面等離子共振效應(yīng)，這種尖端貴金屬-長鏈氧化錫納米線的結(jié)構(gòu)使得其在染料敏化太陽能電池上具有更加優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)化效率及性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種貴金屬金顆粒催化生長氧化錫納米線的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思 如下
錫源四氯化錫和催化劑的前驅(qū)體氯金酸經(jīng)噴霧燒嘴中的毛細(xì)管經(jīng)霧化后進(jìn)入火焰反應(yīng)區(qū)，在氫氣/空氣擴(kuò)散火焰的輔助下，四氯化錫迅速氣化(沸點114. rc)，隨著反應(yīng)器中火焰溫度進(jìn)一步上升(如1800°c)，氣態(tài)四氯化錫與水蒸氣反應(yīng)生成氣態(tài)二氧化錫(沸點1630°C)o同時，氯金酸發(fā)生水解反應(yīng)生成許多金的小液滴(熔點1064°C)。這些液滴界面具有更高的粘附系數(shù)，氣態(tài)二氧化錫分子會優(yōu)先被吸附在Au的液滴界面上，大量分子不斷地溶解在金的小液滴中，隨著液滴中溶解的二氧化錫分子逐漸達(dá)到飽和，加上經(jīng)過中心火焰區(qū)后反應(yīng)溫度逐漸降低，二氧化錫會在Au表面析出、凝結(jié)、成核，加上源源不斷的氣態(tài)氧化錫分子溶解在金的小液滴中，析出的氧化錫成核后會沿著某一個優(yōu)先的方向不斷生長，直到反應(yīng)器溫度不斷降低，氧化錫生長停止，最終形成高度結(jié)晶的氧化錫納米線結(jié)構(gòu)，并且金顆粒附著在納米線尖端。具體技術(shù)方案如下
一種貴金屬金顆粒催化生長氧化錫納米線的制備方法，包括以下步驟
首先，在無水乙醇溶劑中超聲溶解錫鹽和貴金屬前驅(qū)體，配制成前驅(qū)體溶液；然后，將所述前驅(qū)體溶液以進(jìn)料速率4 8ml/min經(jīng)注射泵和霧化器送入以氫氣/空氣的混合氣體為輔助火焰的燃燒反應(yīng)器，進(jìn)行燃燒熱解反應(yīng)；最后，在反應(yīng)室末端采用濾紙收集最終產(chǎn)物，即所述氧化錫納米線；所述氧化錫納米線的尖端具有貴金屬金顆粒；
所述錫鹽是五水四氯化錫；所述貴金屬前驅(qū)體是氯金酸；
所述錫鹽和所述貴金屬前驅(qū)體的總摩爾濃度在0.1 0. 2mol/L，其中Sn和Au的摩爾比為 50 1 250 :1。所述氫氣/空氣的混合氣體的總氣體流量為1. 2 1. 8m3/h，其中氫氣與空氣的體積比為1:3 1:5。所述燃燒反應(yīng)器中反應(yīng)區(qū)的溫度為1600 2000°C。所述氧化錫納米線的直徑為10 20nm，長度為0.1 I ii m。本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有以下優(yōu)點設(shè)備工藝簡單，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)物純度高、無需后處理、結(jié)晶度高。產(chǎn)物納米線尖端具有貴金屬金顆粒，可應(yīng)用在氣敏傳感器、太陽能電池、光電器件等領(lǐng)域上。


圖1是實施例1所得SnO2納米線的XRD譜 圖2是實施例1所得SnO2納米線的SEM電鏡照片；
圖3是實施例2所得SnO2納米線的TEM電鏡照片；
圖4是實施例3所得SnO2納米線的TEM電鏡照片。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行具體描述，但只用于對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明精神和保護(hù)范圍的情況下做出的其它的變化和修改，仍包括在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。實施例1
將五水四氯化錫和氯金酸超聲溶解在無水乙醇中形成前驅(qū)體溶液，其中四氯化錫的濃度為0. 2mol/l,Sn與Au元素的摩爾比為100 :1。上述前驅(qū)體溶液以4ml/min的進(jìn)料速率，經(jīng)注射泵和霧化器送入氫氣\空氣為輔助火焰的火焰反應(yīng)區(qū)，在1800 2000°C的反應(yīng)溫度下，進(jìn)行水解反應(yīng)。反應(yīng)火焰中氫氣/空氣的總氣體流量為1. 8m3/h，氫氣/空氣的體積比為1:5。在火焰中發(fā)生水解反應(yīng)生成的氣態(tài)氧化錫在催化劑Au的誘導(dǎo)和催化作用下(VLS機(jī)理)，凝結(jié)成核并沿著某一方向生長，最終形成尖端具有貴金屬金顆粒的氧化錫納米線結(jié)構(gòu)，該納米線的直徑為10 20nm，長度0. 2 0. 5 y m。產(chǎn)物的XRD譜圖如圖1所示，SEM照片如圖2所示。實施例2
將五水四氯化錫和氯金酸超聲溶解在無水乙醇中形成前驅(qū)體溶液，其中四氯化錫的濃度為0. lmol/1, Sn與Au元素的摩爾比為50 :1。上述前驅(qū)體溶液以4ml/min的進(jìn)料速率，經(jīng)注射泵和霧化器送入氫氣\空氣為輔助火焰的火焰反應(yīng)區(qū)，在1600 1800°C的反應(yīng)溫度下，進(jìn)行水解反應(yīng)。反 應(yīng)火焰中氫氣/空氣的總氣體流量為1. 2m3/h，氫氣/空氣的體積比為1:3。在火焰中發(fā)生水解反應(yīng)生成的氣態(tài)氧化錫在催化劑Au的誘導(dǎo)和催化作用下，凝結(jié)并沿著某一方向生長，最終形成尖端具有貴金屬金顆粒的氧化錫納米線結(jié)構(gòu)，該納米線的直徑為10 20nm，長度0.1 I y m。產(chǎn)物的TEM照片如圖2所示。 實施例3
將五水四氯化錫和氯金酸超聲溶解在無水乙醇中形成前驅(qū)體溶液，其中四氯化錫的濃度為0. 2mol/l,Sn與Au元素的摩爾比為250 :1。上述前驅(qū)體溶液以4ml/min的進(jìn)料速率，經(jīng)注射泵和霧化器送入氫氣\空氣為輔助火焰的火焰反應(yīng)區(qū)，在1800 2000°C的反應(yīng)溫度下，進(jìn)行水解反應(yīng)。反應(yīng)火焰中氫氣/空氣的總氣體流量為1. 8m3/h，氫氣/空氣的體積比為1:5。在火焰中發(fā)生 水解反應(yīng)生成的氣態(tài)氧化錫在催化劑Au的誘導(dǎo)和催化作用下，凝結(jié)并沿著某一方向生長，最終形成尖端具有貴金屬金顆粒的氧化錫納米線結(jié)構(gòu)，該納米線的直徑為10 30nm，長度0. 2 0. 5um。產(chǎn)物的TEM照片如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種貴金屬金顆粒催化生長氧化錫納米線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟首先，在無水乙醇溶劑中超聲溶解錫鹽和貴金屬前驅(qū)體，配制成前驅(qū)體溶液；然后，將所述前驅(qū)體溶液以進(jìn)料速率4 8ml/min經(jīng)注射泵和霧化器送入以氫氣/空氣的混合氣體為輔助火焰的燃燒反應(yīng)器，進(jìn)行燃燒熱解反應(yīng)；最后，在反應(yīng)室末端采用濾紙收集最終產(chǎn)物，即所述氧化錫納米線；所述氧化錫納米線的尖端具有貴金屬金顆粒；所述錫鹽是五水四氯化錫；所述貴金屬前驅(qū)體是氯金酸；所述錫鹽和所述貴金屬前驅(qū)體的總摩爾濃度在O.1 O. 2mol/L，其中Sn和Au的摩爾比為 50 :1 250 :1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氫氣/空氣的混合氣體的總氣體流量為1. 2 1. 8m3/h，其中氫氣與空氣的體積比為1:3 1:5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述燃燒反應(yīng)器中反應(yīng)區(qū)的溫度為 1600 2000°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氧化錫納米線的直徑為10 20nm,長度為O.1 I μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種貴金屬金顆粒催化生長氧化錫納米線的制備方法，以五水四氯化錫、氯金酸的無水乙醇溶液為前驅(qū)體，前驅(qū)體在注射泵的驅(qū)動和氧氣的霧化擴(kuò)散下進(jìn)入火焰反應(yīng)室。輔助擴(kuò)散火焰和前驅(qū)體溶液的燃燒提供熱能量，反應(yīng)溫度為1600～2000℃，在貴金屬金顆粒的催化誘導(dǎo)作用和高溫火焰氣氛下，得到高度結(jié)晶氧化錫納米線。采用該發(fā)明制備的氧化錫納米線，尖端具有貴金屬金顆粒，可與半導(dǎo)體氧化錫產(chǎn)生界面等離子共振效應(yīng)，可廣泛應(yīng)用在染料敏化太陽能電池、氣敏傳感器等領(lǐng)域上。
文檔編號B01J23/52GK103043712SQ20131001372
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者胡彥杰, 李春忠, 侯曉宇, 徐可心 申請人:華東理工大學(xué)