第26卷,第4期光 谱 实 验 室Vol.26,No.4 2009年7月Chinese J ournal of Sp ectroscop y L abor atory July,2009
柠檬酸微波加热法制备纳米SnO2及其气敏性
谷永庆 乔梅英 李光辉a 孟志芬 侯振雨
(河南科技学院化学化工学院 河南省新乡市华兰大道东段 453003)
a(青海盐湖集团有限公司 青海省格尔木市黄河28号 816000)
摘 要 用柠檬酸微波加热法制备了一系列SnO2纳米粉末,柠檬酸的用量和热处理温度对样品的粒径有一定的影响,随着柠檬酸用量的增加,所得样品的粒径由20nm减小到13nm。气敏性测试结果表明,随样品的粒径减小气敏活性明显增大。
关键词 二氧化锡;纳米粉体;柠檬酸;微波加热法;气敏特性
中图分类号:O434.13 文献标识码:A 文章编号:1004-8138(2009)04-0765-03
1 前言
纳米材料是指三维空间尺寸至少一维处于纳米量级的材料,包括纳米微粒、直径为纳米量级的纤维、厚度为纳米量级的薄膜与多层膜,以及基于上述低维材料所构成的致密或非致密固体[1]。由于纳米材料具有很好的表面效应、体积效应、量子尺寸效应,这些特殊的结构使其在催化、光学、磁学和力学等方面具有许多特殊的性能,故在医学、微电子、核技术等领域中具有许多重要的作用[2—6]。
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
SnCl4·5H2O(分析纯);柠檬酸(分析纯)。实验用水为去离子水。
BS124S电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司);98-1型电加热磁力搅拌器(郑州长城科工贸有限公司);KJ238-DA美的微波炉(广东美的集团);马弗炉(洛阳纯清炉业公司); Bruker D8-advace型X射线粉末衍射仪(德国布鲁克公司)(Cu K , =0.15418nm);HitachiH-2800型透射电子显微镜(日本日立公司)。
2.2 SnO2纳米粉体的制备
称取一定量的SnCl4·5H2O(分析纯)和柠檬酸(分析纯),分别溶于适量的去离子水中,在磁力搅拌下使其混合均匀,并微波加热至焦黄状,然后置于马弗炉中焙烧即得SnO2纳米粉体。为了研究柠檬酸用量对样品的影响,分别以Sn4+与柠檬酸的物质的量之比为1∶2、1∶3、1∶4配制3个溶液,均在微波炉里中火加热9min得到凝胶,然后在马弗炉中400℃焙烧4h,得到3个样品,分别记作S1、S2、S3。
河南省科技厅重点攻关项目:氧化锡基纳米结构材料的制备及其应用研究,项目编号为:082102270047
联系人,手机:(0)135********;E-mail:h ngyq@https://www.doczj.com/doc/c12390931.html,
作者简介:谷永庆(1977—),男,河南省沁阳市人,硕士,讲师,主要从事纳米材料合成及性能测试工作。
收稿日期:2009-01-06;接受日期:2009-02-25
图1 S1、S2、S3三种样品的XR D 图谱2.3 材料的表征
用Bruker D 8-adv ace 型X 射线粉末衍射仪(CuK ,
=0.15418nm )分析材料的晶体结构,工作电压为40kV ,
工作电流为40m A,室温,结果如图1所示。
2.4 气敏性能测试
将前面制备的样品分别置于玛瑙研钵中研磨均匀,
加适量的去离子水调成糊状,然后用配制的粘合剂均匀
的涂到Al 2O 3气敏管上,然后将其焊接到支架上,并对电
路进行检测,然后置于马弗炉中焙烧(500℃,2h),老化
(0.75W ,240h ),分别记作1—3#元件。
气敏测试在HWC -30A 汉威气敏元件测试系统(河南汉威电子有限公司)中进行,气敏元件性
能的测试采用静态配气方法。3 结果和讨论
3.1 材料的表征
图1是不同的柠檬酸用量制备的样品,与SnO 2标准图谱(JCPDS21-1250)对比,衍射峰与标准图谱完全吻合,所得粉体为氧化锡的四方金红石结构,柠檬酸的作用是与Sn 4+
形成络合物,防止Sn 4+水解生成沉淀,随着水分不断蒸发,溶液的粘度逐渐增大,当水分完全蒸干时,就得到了焦黄状溶胶,由图1可以看出,当Sn 4+与柠檬酸的物质的量之比由1∶2增加到1∶4时,衍射峰的强度变化不大,表明了柠檬酸的用量对结晶度影响不大,晶粒粒径由20nm 减小到13nm,晶粒粒径逐渐减小,说明了随着柠檬酸用量增加,Sn 4+在溶胶中分布更加均匀,有利于生成较小粒径的颗粒。
3.2 气敏性分析
图2—5分别为在氯气、甲醛、硫化氢、氢气、苯气氛中,不同样品的灵敏度曲线,工作电压为10V ,气体浓度均为体积分数50×10-6
。图2 S1样品的加热电压-灵敏度曲线
图3 S2样品的加热电压-灵敏度曲线
由图2—4气敏性测试结果可以看出,上述样品对被测气体氯气、甲醛、硫化氢、氢气、苯都具有一定的灵敏度,尤其对氯气的灵敏度较高,选择性也比较好,从变化趋势上看,这三种样品的气敏特征相同,体现了SnO 2的本征效应,说明颗粒粒径变化一般不会影响SnO 2的气敏选择性。由图5可以看出,随着样品柠檬酸用量增加,样品粒径减小,灵敏度增强,体现了SnO 2气体传感器表面控制型机理特征,即随气敏材料表面积增大,活性氧及可燃性气体的吸附和反应程度增766光谱实验室第26卷
大,气敏活性增大。
4 结论
采用柠檬酸微波加热法可以得到粒径为13—20nm 的SnO 2粉末,对获得的SnO 2粉末进行气敏性测试,结果表明,随着柠檬酸用量增加,SnO 2粒径减小,比表面积增大,
对气体的灵敏度增加。
图4 S3样品的加热电压-灵敏度曲线
图5 S1,S2和S3样品的加热电压-灵敏度曲线
参考文献
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Gas S ensing Properties of Nanosized SnO 2Materials
by Citric Acid Microwave Heating Method
G U Yong-Qing Q IAO Mei-Ying L I Guang -Hui a
M E NG Zhi-Fen H OU Zhen-Yu
(S chool of Chemistry and Chemical E ng ineer i ng ,H enan I nsti tute of S ci ence and T ecnolog y ,X inxiang ,H enan 453003,P .R .China )
a (Qi ng hai Salt L ake Gr oup L td .Company ,Golmud ,Qinghai 816000,P .R .China )Abstract A series of nanometer-sized pow der of SnO 2were obtained through citric acid microw ave heating method.T he particle size of SnO 2reduces from 20nm to 13nm w ith the increase of the am ount of citric acid.T he results of g as sensitivity test show ,the gas-sensitivity of samples increase w ith the decrease of the particle size of the sam ples.Key words SnO 2;Nano-Sized Powder;Citric Acid;Microw ave Heating M ethod;Gas Senstivity 767第4期谷永庆等:柠檬酸微波加热法制备纳米SnO 2及其气敏性