一種低溫製備氧化銦空心球的方法

2023-07-23 13:17:11 1

專利名稱：一種低溫製備氧化銦空心球的方法
技術領域：
本發明屬於氧化銦納米材料製備技術領域，特別涉及較低溫度下氧化銦空心結構 的製備方法。
背景技術：
氧化銦(In2O3)是一種重要的η-型半導體氧化物，具有高電導性和可見光透過率。 納米結構的氧化銦，由於具有載流子的量子限域效應而表現出許多新奇的電學、光學性質， 可以用於太陽能電池、透明導體、窗口加熱器、光電子器件、平板顯示器、紫外可見雷射器、 探測器、有機發光二極體、建築玻璃和傳感器等。傳感器是納米粒子的最有前途的應用領域之一。隨著工業現代化的發展和近年來 人們對環境汙染的關注，人們對易燃、易爆、有毒氣體的監測預報，要求發展高性能的氣體 傳感器。在氣體的檢測方法中，電阻式半導體氣體傳感器因其測量的氣體種類多、靈敏度 高、價格低廉、製作簡便而佔有十分重要的地位。Sn02、Zn0、Fe203等傳統氣敏材料已應用於 各個領域，但還存在選擇性差、操作溫度高、穩定性不盡令人滿意等問題。因此，新材料的開 發及納米技術的應用對解決上述問題有著重要的意義。而氧化銦作為後起之秀，同氧化鋅 和氧化錫相比，氧化銦雖然成本高，但是在探測某些氣體，比如Cl2，O2, NH3, NO2,甲醛，氫氣， 乙醇，氯酚時具有靈敏度高、反應快的特點，因此研究得也較多。In2O3作為氣體傳感器的工作原理是基於待測氣體的吸附和緊隨著的表面反應過 程所引起的電導變化，因此增大其比表面積是提高氣敏性能的一個重要途徑。空心球具有 低密度，高比表面積，高滲透性的優點，而且構建塊的規則排列常常可導致有序的孔狀結 構，為氣體的吸附提供較大的立體空間，克服電子遷移的阻力，從而可有效改善材料的氣敏 性能，提高器件的靈敏度，縮短氣體響應時間。英國《化學通訊》(CHEMISTRYCOMMUNICATION 2009,4756-4758)報導了將 吸附在配位聚合物表面，550°C下煅燒得到棒狀空心結構氧化銦；英國《化學通訊》
(CHEMISTRYCOMMUNICATION 2009，2747-2749)報導了用 InOOH 和硝酸銨在 250-500 "C 下煅燒Ih得到氧化銦空心球；瑞士《傳感器與執行機構，B輯化學傳感器》(Sensors andActuators B :Chemicall38，497-503，2009)報導了 600°C下煅燒由 M(NO3)3和胺基酸制 備的非晶態前驅體，得到了氧化銦空心球；英國《納米科技》(Nanotechnology 19，345704， 2008)報導了將吸附在碳球表面，500°C下煅燒除去碳球模板得到氧化銦空心球；美國 《傳感器快報》Censor Letters 8 ( ，355-361，2010)報導了利用溶劑熱方法，氯化銦和蔗 糖的混合溶液水解得到前驅體，然後在600°C下煅燒前驅體，得到了氧化銦空心球。以上制 備反應都需要較高的反應溫度，過程複雜，需要較高的成本，不利於大量的製備氧化銦空心 球。因此，探索簡單、高效的合成路線合成空心結構的氧化銦納米材料，具有十分重要的意 義。

發明內容
針對現有技術的缺陷，本發明提供一種利用溶劑熱反應，在相對較低的溫度下一 步製備形貌可控，尺寸分布均勻的氧化銦空心球的方法，以克服現有技術反應溫度高以及 工藝複雜的缺陷。本發明一種低溫製備氧化銦空心球的方法，其特徵在於，1毫摩爾^i(NO3)3溶於 30mL乙醇中，加入1 5g三嵌段聚合物P123 (聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，EO2qPO7qEO2q， Mw = 5800)和1 3mL甲醯胺，混合後密封在聚四氟乙烯內襯不鏽鋼高壓釜中，120_150°C 反應4小時以上，產物經水洗、乙醇洗、離心分離和乾燥，即獲得氧化銦空心球。與現有技術相比，本發明製備氧化銦空心球的方法，反應溫度較現有技術低，所得 產物物相單純，一步合成，反應簡單易控，不需高溫煅燒；所製備的氧化銦空心球，平均直徑 約為500納米，壁厚幾十納米。該方法設計合理，工藝簡單，產物物相單一，形貌可控，尺寸 分布均勻，反應溫度低。


圖1是採用本發明方法製備的In2O3空心球的XRD圖譜。圖2是In2O3空心球的場發射電子顯微鏡照片(SEM)。圖3是In2O3空心球的透射電子顯微鏡照片(TEM)。圖4為圖3中In2O3空心球相應的高分辨透射電子顯微鏡照片(HRTEM)。
具體實施例方式實施例1 一種氧化銦空心球的製備方法，主要包括溶劑熱反應-離心分離-乾燥工序，具體 製備步驟如下稱取1毫摩爾^i(NO3)3溶於30mL乙醇中，在25°C水浴中恆溫攪拌，加入Ig三嵌 段聚合物P123 (聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，EO20PO70EO20, Mw = 5800)和2mL甲醯胺， 溶解後得到澄清溶液，然後轉移到容積為50mL的聚四氟乙烯內襯不鏽鋼高壓釜中。高壓釜 密封后，在120°C條件下恆溫反應10h，自然冷卻到室溫。將釜內產物傾出，離心分離，用去 離子水和無水乙醇各洗滌三次，真空乾燥得到氧化銦空心球。步驟中所述的恆溫下反應是將反應釜置於能精確控溫的烘箱，或者將反應釜置於 能精確控溫的電阻爐中。步驟中所述的真空乾燥溫度優選50_60°C。產物物相用X-射線粉末衍射(XRD)進行測試，儀器型號為Bruker D8X-射線衍射 儀，X-射線源為Cu-Ka輻射仏二1.5418入)，掃描角度範圍2 0為10° 80°之間。圖1為產物的X-射線粉末衍射譜圖。所有的衍射峰均與立方相氧化銦(JCPDS Card No. 06-0416)完全吻合，說明產物為單一物相c_h203，晶胞參數a=b=c=10.11 A。樣品的形貌用場發射電子顯微鏡(FESEM) JSM-6700F進行觀察。從圖2給出的 FESEM照片可見產物為空心球，平均直徑在500nm左右，照片中可看到破損的球壁，空心球 由納米顆粒堆積而成，顆粒堆積形成的外層粗糙，形成不規則的孔狀結構。圖3為產物的透射電子顯微鏡照片，進一步證明產物是空心結構。
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圖4為產物的高分辨透射電子顯微鏡照片，可以清晰地觀察到晶格條紋，晶格條 紋間距0. Mnh和0. 51nm分別對應於立方相氧化銦的(411)晶面和(200)晶面。以上分析證實了實驗獲得的產品是結晶良好的立方相氧化銦空心球。實施例2 製備步驟同實例1，不同之處是稱取1毫摩爾L(NO3)3溶於30mL乙醇中，在25°C 水浴中恆溫攪拌，加入2g P123和2mL甲醯胺，溶解後得到澄清溶液，然後轉移到容積為 50mL的聚四氟乙烯內襯不鏽鋼高壓釜中。高壓釜密封后，在120°C條件下恆溫反應10h。實施例3 製備步驟同實例1，不同之處是稱取1毫摩爾L(NO3)3溶於30mL乙醇中，在25°C 水浴中恆溫攪拌，加入Ig P123和2mL甲醯胺，溶解後得到澄清溶液，然後轉移到容積為 50mL的聚四氟乙烯內襯不鏽鋼高壓釜中。高壓釜密封后，在150°C條件下恆溫反應4h。
權利要求
1. 一種低溫製備氧化銦空心球的方法，其特徵在於，1毫摩爾L(NO3)3溶於30mL乙醇 中，加入1 5g三嵌段聚合物P123(聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，EO20PO70EO20, Mw = 5800)和1 3mL甲醯胺，混合後密封在聚四氟乙烯內襯不鏽鋼高壓釜中，120_150°C反應4 小時以上；產物經水洗、乙醇洗、離心分離和乾燥，即獲得氧化銦空心球。
全文摘要
本發明一種低溫製備氧化銦空心球的方法，特徵是以In(NO3)3為原料，乙醇為溶劑，三嵌段聚合物P123(聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，EO20PO70EO20，Mw＝5800)作為添加劑，120-150℃恆溫反應4-10h，產物經水洗、乙醇洗後乾燥，不需高溫煅燒即可得到結晶良好的In2O3空心球。空心球的平均直徑約為500納米，壁厚幾十納米。該方法設計合理，工藝簡單，產物物相單一，形貌可控，尺寸分布均勻，反應溫度低。
文檔編號C01G15/00GK102060320SQ20101054516
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月16日 優先權日2010年11月16日
發明者孫中溪, 範迎菊 申請人:濟南大學