溶剂热法制备Sb掺杂SnO：纳米颗粒

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1、材料科技669溶剂热法制备Sb掺杂SnO:纳米颗粒王黎周番毕文跃(中国建筑材料科学研究院北京100024)摘要以四乙氧基锡、正丁醇锑为原料，无水乙醇为溶剂，采用溶剂热合成法制备Sb掺杂Sn02纳米颗粒。用X射线衍射对纳米颗粒进行了定性分析;用透射电镜对颗粒的尺寸、形状及分散性进行直接表征;用X光电子谱仪XPS对所制备纳米颗粒的成分及原子价态进行了分析。结果表明实验合成了Sb掺杂Sn02纳米颗粒，均为四方相金红石结构，无其他晶型存在，Sb原子替代Sn原子进人到Sn02晶体结构中，晶体颗粒尺寸小于10nm，结晶性和分散性良好，粉体的导电性能随着Sb含量的增加而提高。关键词溶剂热法Sb掺杂

2、Sn0:纳米颗粒中图分类号:04841引言近十几年来，人们一直致力于合成各种性能的氧化物纳米颗粒以满足各个领域对功能材料的需求。透明导电氧化物材料(TCO)如:ITO(Sn掺杂In203),ATO(Sb掺杂Sn02),AZO(Al掺杂ZnO)等具有良好的导电性、红外反射性、以及气敏性，可广泛应用于固体光电显示器件、太阳能转换器件以及电化学器件等领域而引起了人们的关注〔1-21。其中Sb掺杂Sn02(ATO)除了具备良好的导电性能、还具有优良机械、化学性能、和热稳定性，在抗静电涂料、红外吸收隔热材料、超细过滤膜材料、电致变色、化学催化等方面具有更广泛的应用前景I3-4]。有关ATO粉体

3、制备的报道较少，主要局限于传统的固相法[5]和液相化学共沉淀法[(6]，这两种方法需要对粉体进行后期高温热处理以利于Sb掺杂的氧化物颗粒，存在反应温度高、掺杂不均匀、颗粒尺寸大、易团聚和易引人杂质等缺点，不能满足高性能材料的要求。因此研究ATO粉体新的合成途径很有意义。本文以Sn(OEt)4和Sb(”一OC4H9)3为原料，无水乙醇为溶剂，采用溶剂热法直接在低温溶液中合成粒径小、分散均匀的Sb掺杂Sn仇纳米颗粒。并用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM),X光电子谱仪(XPS)对粉体进行了表征。2实验2.1溶剂热反应溶液的制备分别以四乙氧基锡(自制)作为锡源，正丁醉锑(自制)

4、作为锑源，无水乙醇(分析纯)作为溶剂。用浓盐酸或稀释后固定浓度的盐酸作为水解催化剂及调节溶液的州值。按照。_8%的Sh/Sn摩尔比将四乙氧基锡和正丁醉锑溶解于无水乙醇中，加人1%的2NHC1调节溶液的pH值至4一5，将溶液在50℃下回流溶解3小时，经过滤后倒人带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在200℃下热处理5小时得到颗粒悬浮液。然后将悬浮液里于真空干燥箱中80℃下烘干24小时直至得到干燥的粉末进行XRD,TEM和XPS分析。2.2性能分析测试采用日本H-700型透射电镜(TEM)对颗粒的尺寸、形状及分散性进行直接表征;采用日本理学D/MAX一rA型X射线衍射仪(CuKa0.14185

5、2nm)对纳米颗粒进行了定性分析;在英国VG.SCIENTIFICV.LTD公司生产的ESCALAB一MKI型多功能电子能谱仪上对制备的纳米颗粒进行了XPS分析。X射线源·670·中国科协第二届优秀博士生学术年会论文集为MgKa(1253.6eV)射线;实验过程中分析室的真空度为5x10-"mbar，以样品表面来自XPS仪器本身的油污染碳(Cls,E、二284.8eV)作为荷电校正标准。3结果与讨论3.1XRD分析图1为Sb/Sn摩尔比为3%的ATO粉体的X射线衍射图。表1为该样品XRD参数与SnO,多晶衍射JCPDS卡片(21一1250)标准值的对比。从图1中可以看出，制备的Sb掺

6、杂SnO:晶体颗粒的衍射图中只存在四方相金红石SnO,晶体的衍射峰，没有出现其他类型Sb的氧化物或SnSb氧化物，说明在溶剂热反应的过程中，Sb并没有形成单独的氧化物，而是部分取代Sn原子进人到SnO:的晶格中。从图1中还可看出Sb掺杂引起颗粒尺寸变小的衍射峰宽化，由于Sb作为杂质离子的引人，降低了溶液中Sn反应物的过饱和度，抑制了溶剂热反应过程中SnO,晶粒的成核与长大。根据Scherre:公式可计算出溶剂热法合成的Sb掺杂SnO,晶体的颗粒尺寸约为3一4nmo也峨份0自‘‘..一时孟月二，妞川旧姚.性I性.胜.闷几.司..巨.范.召匕，“，心.娜:。盆F图1Sb掺杂SnO:纳米颗

7、粒的XRD图表1Sb掺杂SnO,样品XRD参数与Sn02多晶衍射JCPDS卡标准值的对比实际值标准值序号d(10一’Om)I/Iod(10一’Om)I/Ia(hkl)13.3501003.35110011022.64477.42.6448110132.38019.22.3692420041.76165.91.765632113.2TEM分析图2为Sb/Sn摩尔比为3%的Sb掺杂SnO:纳米颗粒的透射电镜照片，从图中可以看出ATO颗粒尺寸小于10nm，与XR