高度分散的摻銻氧化錫納米粉體的制備

1、 高度分散的摻銻氧化錫納米粉體的制備 以乙酸異戊酯共沸干燥YANG Fen (楊 芬), ZHANG Xue-jun(張學(xué)俊), WU Xu(吳 旭)。TIAN Fang(田 芳)1, GAN Fu-xing(甘復(fù)興)1, 1環(huán)境工程系，資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢大學(xué)，武漢430079，中國；2曲靖師范學(xué)院化學(xué)系，曲靖，655011.中國；3貴州省發(fā)酵工程與生物制藥重點實驗室，貴州大學(xué)，貴陽550003，中國；4金屬腐蝕與防護(hù)國家重點實驗室，金屬研究所，中國科學(xué)院，沈陽110016，中國；摘要：摻銻氫氧化錫膠體沉淀制備。水解的四氯化錫·5H2O和三氯化銻乙醇解決方案。乙酸異戊酯被選定為

2、共沸干燥溶劑并用最常用的正丁醇相比溶劑對治療沉淀于低硬團(tuán)聚前體粉末。在FT-IR，BET，XRD，和TEM的結(jié)果前體粉末和煅燒銻摻雜的氧化錫粉末的記錄。結(jié)果表明，乙酸異戊酯是優(yōu)異的共沸干燥溶劑，可以有效地防止顆粒凝聚。關(guān)鍵詞：銻摻雜氧化錫；納米粉體；分散性；共沸干燥；醋酸異戊酯。1引言： 納米晶銻摻雜的氧化錫（ATO）是良好的光學(xué)性能，化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性，高的導(dǎo)電性。大多數(shù)這些特殊的刻畫受益于均勻摻雜銻的納米尺寸銻摻雜的氧化錫晶體。溶液化學(xué)方法是一個顯著過程來合成的前體許多納米尺度的金屬氧化物。但在的沉積，干燥，煅燒的過程和凝聚發(fā)生在一定程度上，以及比表面積降低，因此導(dǎo)致負(fù)的粉末的性能和應(yīng)用效果

3、。越來越多的研究人員已經(jīng)知道的的干燥方法和弊端重要性。因此，許多的干燥方法，如超臨界干燥，冷凍干燥、微波干燥共沸精餾和是發(fā)展到去除的水吸附在膠體表面為了防止或減少粒子聚集造成的。用收縮水膜之間的沉淀顆粒。該膜是由水形成的表面。當(dāng)膠體顆粒的吸附水使接觸。在干燥階段。超臨界干燥，冷凍干燥和微波干燥的方法，以減少硬結(jié)塊消除或減小表面張力的之間的水膜的膠體。然而，當(dāng)膠體表面吸附的水移除 共沸混合物，分散在溶液中，這根本防止形成之間的水膜的膠體顆粒和聚合的研究。它已被報道，當(dāng)共沸干燥是通過在共沉淀的方法，可以防止和硬團(tuán)聚的納米超細(xì)粉末的均勻分散。在本文中，合成方法有非水離子交換水解除去氯離子被通過，以及

4、銻摻雜的氫氧化錫從氯離子析出免費獲得根據(jù)文獻(xiàn)13-14。根據(jù)大量實驗中，乙酸異戊酯的開發(fā)目的是優(yōu)化共沸干燥溶劑。乙酸異戊酯是以最常用的正丁醇相比溶劑對治療沉淀非常低集聚前體粉末。2 實驗2.1實驗方法2.1.1制備摻雜銻的氫氧化錫得到銻摻雜氫氧化錫根據(jù)文獻(xiàn)13。2.1.2共沸干燥較低濃度的沉淀漿狀物分成共沸干燥的測試三個相等的部分。密度較低的沉淀物，同時，一部分直接干燥在100作為參照樣本。其他兩個部分分別分別用正丁醇和乙酸異戊酯中加入。搖動的搖動2小時，的混合物后沉淀和有機(jī)溶劑蒸餾以驅(qū)動掉溶劑中，在水 - 浴中于約95和水解產(chǎn)物依然存在。將干燥的粉末置于烘箱中繼續(xù)干燥在100-110下4-8

5、小時。2.1.3燒成結(jié)晶由乙酸異戊酯干燥脫水粉末鋪（約1mm厚）上片狀剛玉和在550，650，750分別燒制在馬弗爐中，并850的空氣中2.5小時。燒制的粉末是淺藍(lán)色晶體。2.2粉末表征該前體粉末的的FT-IR分析在Nicolet進(jìn)行有機(jī)溶劑的剩余部分（USA）5700 FTIR光譜儀與KBr壓片方法的干燥比表面積分析粉末做用比表面積測定裝置ASAP2020（Micromeritics公司，美國）。 BET氮氣表面積，SBET，通過應(yīng)用BET得到（布魯諾爾，Emmett和Teller）公式為相對的0.05-0.30的吸附等溫線范圍內(nèi)的壓力。結(jié)晶形式和大小進(jìn)行了表征與透射電子顯微鏡（TEM），J

6、EM-2010（HT）（JEOL，日本）和D8提前X射線衍射儀（X射線衍射）（Bruker公司，德國）。樣品的圖案werescanned在步驟0.02°（2），在2范圍內(nèi)具有4（°）/ min的固定掃描速率15到75°。平均粉末的晶體尺寸是由計算半最大值（FWHM）的衍射峰全寬使用Scherrer公式。3結(jié)果與討論3.1照片的銻摻雜氫氧化錫圖1示出了摻銻錫的結(jié)果氫氧化物與共沸蒸餾干燥所正丁醇（圖1（B），乙酸異戊酯（圖1（c）和一直接蒸餾無共沸劑（絕對酒精）。該colourities，結(jié)塊和硬度干燥的產(chǎn)品進(jìn)行了研究。脫水能力順序是：無水酒精<正丁醇<乙

7、酸異戊酯。對摻銻氫氧化錫圖1攝影：干燥處理：（a）直接蒸餾干燥; （二）共沸蒸餾干燥正丁醇; （三）共沸蒸餾異戊干燥醋酸鹽。顆粒的表面上的水合層使具有穩(wěn)定的分散性，在聚合物沉淀乙醇溶劑。然而，在蒸發(fā)過程中，具有較低沸點的乙醇被蒸發(fā)的第一和水分子被留下的沉淀物的表面上顆粒。作為含有溶液的聚合物的體積沉淀隨之減輕膠體顆粒特寫和表面水合水結(jié)合形成的水膜顆粒。該片的水，像毛細(xì)血管之一，具有毛細(xì)力，可能會導(dǎo)致顆粒收縮并最終聯(lián)系他人形成堅硬的棕色團(tuán)聚。雖然大多數(shù)的H 2 O分子的表面上膠體沉淀可以通過共沸除去蒸餾用正丁醇，水是部分混溶正丁醇高達(dá)20.1（體積分?jǐn)?shù)）15。在最后在脫水過程中，H 2 O的少量

8、的分子仍保留在系統(tǒng)中，從而導(dǎo)致了雛晶生長，形成硬團(tuán)聚到某種程度。乙酸異戊酯的有機(jī)溶劑是從一系列的溶劑與含有基團(tuán)選氧氣共沸蒸餾實驗。水是幾乎未混溶與乙酸異戊酯，有1.6（體積分?jǐn)?shù)）的混溶性。乙酸異戊酯具有較高的沸點（143），因為它包括一個含氧基，取代的地表水膠體粒子通過形成氫鍵的分子組和聚合物的表面-OH之間顆粒。此外，該集團(tuán)位于中間烷烴的，而不是在中，該烷烴意愿的端部伸出并覆蓋更多的表面積，實現(xiàn)了度結(jié)塊低。因此，一井分散的和松散干燥產(chǎn)品能夠獲得16。3.2 FT-IR光譜將干燥的摻銻錫的表面狀態(tài)通過共沸蒸餾干燥的氫氧化粉末正丁醇和乙酸異戊酯示于圖2。截至3 420 -1如圖2所示，寬帶

9、40;表示大量的表面-OH基團(tuán)的摻銻氫氧化錫，而帶一個565-1表示的Sn（Sb）的-OH。帶B由NH 3引起的，在水解過程中加入的催化劑，出現(xiàn)在1400厘米-1。該樂隊在2 792，2 840，2 930和1 440-1，符號*，1040厘米-1，符號E，都表示的有機(jī)化合物的存在，或共沸劑，而其中，所述帶在1040厘米-1表示C-O組。在C波段1635厘米-1是表示水的存在的分子。但吸收峰的高度不能建議的共沸劑的脫水能力，因為在更高的峰值是由水引起的可能從空氣中吸附在制備樣品片。粉末的更高的分散性，越水分子其吸附空氣中的16-17。如圖所示在圖2（a），正丁醇形式大量強(qiáng)氫以聚合物顆粒，和剩余

10、量的債券。銻摻雜錫氫氧化物干燥粉末的圖2的紅外光譜（A：錫（SB）-O; B：氨水; C：水; D：-OH;E：C-O; *：有機(jī)物質(zhì)）：（一）正丁醇; （二）異戊醋酸鹽有機(jī)溶劑的大于乙酸異戊酯（圖2（b）。因此，乙酸異戊酯是一種更有效的共沸干燥溶劑比正丁醇。3.3 BET分析粉末的比表面積涉及的顆粒大小，形狀和聚集狀態(tài)。更小的尺寸和不規(guī)則的表面導(dǎo)致高的比表面積，同時顆粒的聚集會降低比表面區(qū)域。進(jìn)一步調(diào)查的乙酸異戊酯的影響在干燥產(chǎn)物的分散性，在分析比表面積的粉末進(jìn)行的。該吸附等溫線為干燥的粉末獲得的使用乙酸異戊酯和正丁醇共沸的溶劑是圖3所示。 BET氮氣表面積通過將BET方程為相對得到的0.0

11、5-0.30的吸附等溫線范圍內(nèi)的壓力。當(dāng)最經(jīng)常使用的正丁醇被取代的異戊酯，由BET表面積增加234.7500至284.4400平方米/克，和的分散性22干粉增加。吸附前測量，用正丁醇得到的干燥產(chǎn)物研磨自干燥團(tuán)塊件分別大量存在。然而，干燥的產(chǎn)物從具有相同共沸條件而得乙酸異戊酯是一種高度分散的粉末，其做不需要磨。這樣的乙酸異戊酯的共沸溶劑被進(jìn)一步研究。圖3氮吸附等溫線干粉前體SBET，VBJH，DXRD和DBET值粉末干燥與乙酸異戊酯和粉末即煅燒在不同的溫度列于表1中。通常，DXRD被認(rèn)為是原始的微晶大小;的平均粒徑是使用計算方程DBET = 6 /（SBET），其中DBET是平均球狀粒子的直徑，

12、SBET是表面積該粉末和是氧化錫理論密度。DXRD從半最大值全寬度推導(dǎo)（110）晶面的（FWHM）通過施加謝樂公方程。它可以從表1中，該BET比可見前體粉末的比表面積大得多比摻銻錫的煅燒粉末的氧化物。 BET比表面積和BJH既孔的吸附體積累積量顯示尖銳減少當(dāng)煅燒溫度升高。該理由是，前體粉末的粒徑為比該煅燒粉末的更小，因此，后所述粉末的顆粒大小變得煅燒更大，從而導(dǎo)致孔寬度的增加而增加。煅燒溫度升高時，主之間的間距顆粒變小，甚至消失18，并顆粒的密度增加而增加。因此，無論是BET比表面積和BJH吸附毛孔的累計量減少。此外，該相鄰債券的Sn-OH將冷凝的Sn-O-Sn的在煅燒。硬因此，發(fā)生凝聚也導(dǎo)致

13、BET比的減小比表面積。表1表明該前體粉末與乙酸異戊酯干少難集聚。當(dāng)煅燒溫度增加時，硬團(tuán)塊度增加。此照亮該表面羥基易于凝結(jié)和水合時的溫度升高。另外，作為晶粒聯(lián)系緊密，硬附聚物是難以分散，生成。3.4 XRD分析圖4示出了前體的X射線衍射圖案在100共沸干燥后用乙酸異戊酯并在空氣中的粉末煅燒在550，650，750和8502.5小時。很明顯，在所有情況下，該峰位置與四方的反射以及相匹配純的SnO2金紅石結(jié)構(gòu)（JCPDS卡88號2348）。歸因于（110）的加寬的衍射峰，（101）。前體圖4 XRD圖譜共沸干乙酸異戊酯在摻銻的氧化錫的100和粉末煅燒在不同溫度下。表1的摻雜銻的氧化錫納米粉末煅燒在

14、不同的溫度特性（211）的SnO 2進(jìn)行檢測，這表明，所有銻離子進(jìn)入金紅石的SnO2的晶格來代替錫離子19。它也可以被觀察到在相同的煅燒時間，由于煅燒溫度增加時，衍射峰變得更尖銳。該結(jié)果表明，該晶體的字符變得明顯和晶體結(jié)構(gòu)變得完美。表2列出了由所確定的微晶尺寸謝勒公式（Dhkl=K/（cos）。它是在觀察到表2的微晶尺寸隨著煅燒溫度升高。當(dāng)溫度低于650時，晶粒尺寸增加緩慢，但當(dāng)溫度高于650時，晶粒尺寸迅速增加作為煅燒溫度上升。 使用Scherrer公式表2晶粒尺寸（nm）計算。納米銻摻雜的晶格畸變率氧化錫晶粒在不同的煅燒溫度可通過EQM得到（1）20-21： (2)2cos2=42/(2D

15、2)+32<2>sin2 (1)其中2是半寬（校正之后獲得對于儀器的譜線變寬），是角度衍射，D是平均晶粒尺寸，和<2> 1/2是晶格畸變率。圖5示出了煅燒溫度依賴性在（110）晶面的晶格畸變率。這是在圖5觀察到的晶格畸變率逐漸降低煅燒溫度升高時。晶格畸變率之間的關(guān)系圖5煅燒溫度，其原因是，表面原子的結(jié)晶場是從該散裝原子的不同。越小晶體尺寸，表面原子的比例越高，則更多的缺陷和較高的晶格畸變率。與高煅燒溫度，微晶尺寸增加，其晶體結(jié)構(gòu)趨于得到完善，并且晶格畸變率相應(yīng)地減小。當(dāng)溫度達(dá)到750時，晶格畸變率保持穩(wěn)定。表3列出了晶格常數(shù)的a軸和的SnO 2晶體和細(xì)胞體積V的c軸=

16、A2C20-21從所確定的晶格常數(shù)式（110）和（101）平面。表3的晶格常數(shù)和細(xì)胞體積的關(guān)系銻摻雜的氧化錫煅燒在不同溫度下。它可以從表3中，該晶格可見參數(shù)a和以不同的煅燒的計算值：C溫度是在與tetragona的SnO 2協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)模式（JCPDS卡88號2348）。它進(jìn)一步批準(zhǔn)獲得具有金紅石結(jié)構(gòu)的SnO2粉末。銻離子被摻入二氧化錫，并作為一個結(jié)果，小區(qū)參數(shù)改變。離子SN4 +，Sb5中+ Sb3的+半徑是0.069，0.060和0.090納米，分別。如果銻被并入氧化錫晶格代替錫離子在Sb5中+的形式，納米二氧化錫的晶體細(xì)胞會收縮的Sb5中+的離子半徑比Sn4 +的含量小。它會展開時銻進(jìn)入氧化

17、錫晶格在Sb3的+為Sb3的的離子半徑的形式+是較大比Sn4 +的含量。晶格常數(shù)和小區(qū)體積與的增加減少的趨勢煅燒溫度。格的初始增加常數(shù)是由于Sb3的+的溶出入的SnO2格。3.5 TEM分析圖6示出的TEM圖像和電子前體粉和antimonydoped的衍射圖錫氧化物納米晶，在550空氣中煅燒和850，用于從由異戊干燥粉末2.5小時醋酸550。它可以從圖6可以看出，在干燥前體粉末顯示低集聚，高分散性和均勻的晶體尺寸。前體粉末中的圖6的TEM圖像100（a）和銻摻雜的氧化錫粉末焙燒，在550（b）和850（c）在在2.5小時和電子衍射圖像550（D）。4結(jié)論1） 摻銻錫氫氧化物膠體沉淀合成與陰離子

18、交換樹脂水解法去除氯。異戊乙酸被選定為共沸干燥溶劑和用最常用的正丁醇相比溶劑對治療沉淀低硬集聚前體粉末。2） 乙酸異戊酯是比最更有效常用正丁醇。用正丁醇相比，乙酸異戊酯大大提高了分散性和蓬松所得干燥粉末?；谠搹腇T-IR，BET，XRD和TEM結(jié)果測量，高分散性和非常低的硬集聚前驅(qū)粉體可以得到乙酸異戊酯共沸干燥。3） 用乙酸異戊酯干燥前體粉末是煅燒和銻摻雜的氧化錫納米粉末與四方金紅石結(jié)構(gòu)和高分散性的獲得。 研究者給他們特別感謝凱文·揚加州州立大學(xué)富勒頓，為他的批判性閱讀和編輯。參考：1吳相偉，陳貞華，黃培云。影響對ATO納米粉體J性質(zhì)脫水的過程?？缬猩饘贂奡OC中國，2004，

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