锑掺杂二氧化锡实心球和空心球的碳还原制备及其生长机理研.PDFVIP

Vo.l 28 高 等 学 校 化 学 学 报 No. 4 2 0 0 7 年 4月 　 　　　　　CHEM ICAL JOURNAL OF CH INESE UN IVERSITIES　　　　　 　 608 ～ 613 锑掺杂二氧化锡实心球和空心球的碳 还原制备及其生长机理研究 黄在银 1, 2 , 柴春芳 2 , 谭学才 1 , 廖丹葵 2 , 吴　健1 , 袁爱群 1 , 周泽广1 (1. 广西民族大学化学与生态工程学院 , 南宁 530006;2. 广西大学化学化工学院 , 南宁 530004) 摘要　通过在水平管式炉中用石墨还原锑掺杂二氧化锡(ATO)纳米颗粒的方法制备了 ATO的实心球和空心 球 , 并用 EDX和 XRD等技术分析了产物的物相和元素组成;用 FE-SEM和 TEM观察了其形貌;用 HRTEM 分析了其晶格结构. 结果表明 , 产物为直径 0.2 ～ 5 μm的 ATO实心球和直径为 2 ～ 20 μm 的 ATO空心球. 通过控制 A r流速和沉积位置控制了 ATO实心球的尺寸和产量 , 用 Ostwa ld R ipen ing分析了 ATO实心球的生 长过程. ATO空心球的制备在具有较高氧浓度 、长度稍长于刚玉管的陶瓷管中进行 , 对其生长机理进行了讨 论 , 分析了相同条件下使用不同材质的管子生成不同形貌产物的原因. 关键词　ATO;实心球;空心球;碳还原 中图分类号　O611. 4;TB34　　　　文献标识码　A　　　　文章编号　0251-0790(2007)04-0608-06 收稿日期:2006-09-22. 基金项目:广西省自然科学基金(批准号:桂科基 0575030, 桂科基 0639025)资助. 联系人简介:黄在银(1952年出生), 男 , 教授 , 主要从事纳米材料的制备及应用研究. E-m ail:hzy210@ 163. com 实心球 [ 1 ～ 5] 在光学材料 、催化剂和光子能隙材料等领域中备受人们关注 , 在光信息过程与存储及 高级涂覆材料方面也具有潜在应用. 空心球 [ 6 ～ 10] 可应用于光催化 、药物输送 、传感器及化学反应器等 诸多方面. 随着科学研究的不断深入 , 各类物质的实心球和空心球被制备 , 制备方法也呈现出多样性. 锑掺杂二氧化锡 (Antimony doped tin oxide, ATO)作为一种具有优良导电性能的透明导电材料 , 具 有良好的耐候性 、化学稳定性及抗辐射和抗红外吸收等优点. ATO具有广泛的用途 [ 11 ～ 16] , 可用作氧化 苯酚催化剂 、透明导电光学薄膜 、透明导电电极 、放射性废物处理 、隔热材料等. 近年来 , ATO以其良 好的性能和高性价比而成为铟掺杂二氧化锡 (Indium doped tin oxide, ITO)的首选替代材料 [ 17] . 因此 , 对 ATO的制备和应用研究越来越受到人们的关注. 随着研究的不断深入 , 人们建立了一系列制备 ATO 纳米结构的方法 [ 18 ～ 24] , 如直接煅烧法 、水热法 、溶胶凝胶法 、化学气相沉积法 、磁控溅射法和高温喷 涂法等. 但是目前用这些方法制备出来的 ATO纳米材料其形貌仅限于纳米颗粒和薄膜 , 这就限制了 ATO的应用范围及其性能的开发. 本文介绍了一种直接以 ATO纳米颗粒为原料 , 在水平管式炉中碳还原合成 ATO实心球和空心球 的方法. 采用 CVD法制成产物的形貌与沉积区的蒸气浓度有密切关系 , 蒸气浓度过高易生成无规则的 块体 , 过低则易生成准一维形貌 , 因而很难得到球形结构. 采用本文方法制备 ATO球体尚属首次 , 并 且具有良好的重现性. 1　实验部分 1. 1　试剂与仪器 ATO纳米颗粒(上海高纳粉体技术有限公司 , 直径约 50 nm), 石墨粉(高纯度 ), 氩气 (高纯度). GGL-5高温管式炉(合肥开尔纳米技术有限责任公司 );X射线衍射仪 (XRD , Ph ilips PW 1710, CuKα射线 , λ=0.015406 nm , 管压 40 kV , 管流 40 mA);场发射扫描电镜 (FE-SEM , JEOL JSM- 6700F), 配有 X射线能谱仪的透射电镜 (TEM , JEOL JEM-200CX , 200 kV);高分辨透射电镜 (HRTEM , JEOL JEM-2010, 200 kV). 1. 2　实验过程 实验在水平高温管式炉中进行. 将 3 g ATO纳米颗粒和石墨粉混合物 (质量比为 6∶1)研磨 30 m in 后置于陶瓷舟中 , 并将该陶瓷舟置于长约 75 cm , 内径约 3 cm的刚玉管中部 , 将另一装有 3片 Si片的 陶瓷舟置于下游距离药品原