專利名稱：一種水熱法制備形貌可控納米氧化銦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米氧化銦的制備領(lǐng)域，特別涉及一種水熱法制備形貌可控納米氧化 銦的方法。
背景技術(shù)：
近年來，納米科學(xué)和納米技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。研究者們?cè)诩{米材料的合 成上投入了大量的精力，然而尋找具有特定功能的新型納米結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單合成方法對(duì)當(dāng)今納 米科技來說仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。氧化銦是一種特殊的寬禁帶半導(dǎo)體(其直接帶隙寬度為3. 6eV，而間接帶隙為 2. 6eV)，具有較小的電阻率和較高的催化活性，已在太陽能電池、平板顯示器、光器件和光 電子器件以及氣體傳感器等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。隨著對(duì)其應(yīng)用需求的增加，有必要對(duì)其 氧化銦納米材料的形貌和尺寸進(jìn)行調(diào)控。近年來，各種各樣的方法已被用來合成不同形貌 的氧化銦，如納米顆粒、納米薄膜、納米帶和納米環(huán)等。在這些方法中，液相化學(xué)合成法因 具有所需溫度低、易于大規(guī)模生長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)而為人們所青睞。如在結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用下利用 溶劑熱法合成不同形貌的氧化銦(Crystal Growth & Design，2008，8，2312-2317)；利用水 熱法合成十字型氧化銦納米棒(Crystal Growth & Design，2008，8，950-956)；在不同的反 應(yīng)溫度下，利用銨鹽輔助銦陽離子水解制備形貌可控的氫氧化銦納米結(jié)構(gòu)；以嵌段共聚物 PE6800為模板通過溶膠-凝膠技術(shù)制備介孔氧化銦納米棒。然而，目前利用液相化學(xué)合成 法得到特定形貌和尺寸的氧化銦納米結(jié)構(gòu)都在一定程度上依賴于合成過程中所添加的結(jié) 構(gòu)導(dǎo)向劑、表面活性劑及特定模版等。尋找形貌可控的氧化銦納米結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單合成方法仍 然是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種水熱法制備形貌可控納米氧化銦的方法， 該制備方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，僅僅通過調(diào)控原料的配比，不需任何的模板、表面活性 劑及結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑即制備出了形貌各異的氫氧化銦納米結(jié)構(gòu)，為形貌可控氧化銦納米結(jié)構(gòu)的 合成提供了一條便捷的方法。本發(fā)明總的反應(yīng)過程如下CO (NH2) 2+H20 — 2NH3+C02NH3+H2O — NH4++0rIn3++30r — In (OH) 3In3++nurea ^ [In(urea)n]3+[In (urea) J 3++30F ^ In (OH) 3 (urea) m+ (n-m) urea2In (OH) 3 — In203+3H20本發(fā)明的一種水熱法制備形貌可控納米氧化銦的方法，包括(1)前軀體氫氧化銦的制備
稱取摩爾比為1 2 1 15的可溶性銦鹽與尿素，加入去離子水，在磁力攪拌 下配置成均勻無色透明溶液；然后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜的內(nèi)膽中，密封在不銹鋼外殼中，在120 140°C下保溫反應(yīng)12 24小時(shí)，冷卻至室溫，將產(chǎn)物離心分離并洗滌，在50 70°C烘箱中 烘干2 4個(gè)小時(shí)，即制備出了白色的前軀體In (OH) 3 ；(2)納米氧化銦的制備將烘干后的氫氧化銦在450 550°C空氣氣氛下煅燒2 3小時(shí)，即制備出了淡黃 色的氧化銦粉體。所述步驟(1)中的可溶性銦鹽為氯化銦InCl3 4H20或硝酸銦In (N03) 3 5H20,銦 鹽在無色透明溶液中的濃度為30mM 40mM。所述步驟(1)中的無色透明溶液占反應(yīng)釜內(nèi)膽體積的80% 90%。所述步驟(1)中的離心洗滌所用溶液為去離子水以及無水乙醇，分別洗滌3次。通過調(diào)控InCl3 4H20與尿素的摩爾比制備出了不同形貌的納米氧化銦。有益效果(1)本發(fā)明利用水熱法，通過調(diào)控原料(可溶性銦鹽與尿素)的配比，制備出不同 形貌的氫氧化銦，最終制備出不同形貌的納米氧化銦；(2)該制備方法無需任何的模板、表面活性劑、結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑等，所需設(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn) 工藝易于優(yōu)化、成本低廉。


圖1為InCl3 4H20與尿素摩爾比為1 2時(shí)得到的氫氧化銦粉體的X射線衍射 圖；圖2為InCl3 4H20與尿素摩爾比為1 2時(shí)得到的氫氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 照片；圖3為InCl3*4H20與尿素摩爾比為1 2時(shí)得到的氧化銦粉體的X射線衍射圖；圖4為InCl3 4H20與尿素摩爾比為1 2時(shí)所得到的氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 照片；圖5為InCl3 -4H20與尿素摩爾比為1 5時(shí)得到的氧化銦粉體的X射線衍射圖；圖6為InCl3 4H20與尿素摩爾比為1 5時(shí)所得到的氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 照片，其中(a)圖是低倍的照片，(b)圖是相應(yīng)的高倍照片；圖7為InCl3 4H20與尿素摩爾比為1 8時(shí)得到的氫氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 照片；圖8為InCl3 4H20與尿素摩爾比為1 8時(shí)所得到的氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 照片；圖9為InCl3 -4H20與尿素摩爾比為1 10時(shí)所得到的氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 照片，其中(b)圖是(a)圖的部分放大照片；圖10為InCl3 -4H20與尿素摩爾比為1 10時(shí)所得到的氧化銦的透射電鏡照片；圖11為InCl3 4H20與尿素摩爾比為1 15時(shí)得到的氧化銦粉體的X射線衍射 圖；圖12為InCl3 4H20與尿素摩爾比為1 15時(shí)所得到的氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電
4鏡照片；圖13為In(N03)3 5H20與尿素摩爾比為1 8時(shí)所得到的氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描 電鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。實(shí)施例1稱取111(13*411200.58658，尿素 0.24018(111(13*41120與尿素的摩爾比為1 2)， 溶于56ml去離子水中，磁力攪拌1小時(shí)，形成無色透明溶液，轉(zhuǎn)移至水熱釜中，在130°C下保 溫反應(yīng)18小時(shí)。待水熱釜冷卻至室溫，取出水熱產(chǎn)品。將水熱產(chǎn)品離心分離，用去離子水 和無水乙醇先后各離心洗滌3次，再將所得產(chǎn)物在60°C烘箱中烘干2小時(shí)，即制備出了白色 的前軀體粉末。圖1為本實(shí)例所制備出的前軀體的X射線衍射圖，通過與標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比可 知，所得到的前軀體是立方相的氫氧化銦(JCPDS No. 76-1463)。圖2本實(shí)例所得到的前軀 體氫氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片，從圖中可觀察到氫氧化銦的形貌是方塊狀的，同時(shí)也 存在一些小的顆?；蚨贪簟⒑娓珊蟮那败|體氫氧化銦在450°C下煅燒2小時(shí)，即制備出了 淡黃色的氧化銦粉體。圖3是本實(shí)例所得到的氧化銦粉體的X射線衍射圖，通過與標(biāo)準(zhǔn)卡 片對(duì)比可知，制備出的氧化銦也是立方相的(JCPDS No. 06-0416)，且有沿[111]方向生長(zhǎng) 的明顯趨勢(shì)。圖4是本實(shí)例所得到的氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片，從圖中可觀察到氧化 銦保持了其前軀體氫氧化銦方塊狀的形貌。實(shí)施例2稱取111(13*411200.58238，尿素 0.60068(111(13*41120與尿素的摩爾比為1 5)， 溶于60ml去離子水中，磁力攪拌1小時(shí)，形成無色透明溶液，轉(zhuǎn)移至水熱釜中，在140°C下保 溫反應(yīng)12小時(shí)。待水熱釜冷卻至室溫，取出水熱產(chǎn)品。將水熱產(chǎn)品離心分離，用去離子水 和無水乙醇先后各離心洗滌3次，再將所得產(chǎn)物在60°C烘箱中烘干3個(gè)小時(shí)，即制備出了白 色的前軀體粉末。將烘干后的前軀體氫氧化銦在500°C下煅燒2小時(shí)，即制備出了淡黃色的 氧化銦粉體。圖5是本實(shí)例所得到的氧化銦粉體的X射線衍射圖，通過與標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比可 知，制備出的氧化銦也是立方相的(JCPDS No. 06-0416)。圖6本實(shí)例所得到的納米氧化銦 的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片，其中(a)圖是低倍的照片，(b)圖是相應(yīng)的高倍照片，從圖中可觀 察到氧化銦的形貌大部分是花狀納米棒簇，但是也有部分方塊狀的夾雜在其中。實(shí)施例3稱取111(13*411200.58348，尿素0.961(^(111(13*41120與尿素的摩爾比為1 8)， 溶于58ml去離子水中，磁力攪拌1小時(shí)，形成無色透明溶液，轉(zhuǎn)移至水熱釜中，在120°C下保 溫反應(yīng)18小時(shí)。待水熱釜冷卻至室溫，取出水熱產(chǎn)品。將水熱產(chǎn)品離心分離，用去離子水 和無水乙醇先后各離心洗滌3次，再將所得產(chǎn)物在60°C烘箱中烘干4個(gè)小時(shí)，即制備出了白 色的前軀體粉末。圖7是本實(shí)例所制備的前軀體氫氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片，與圖2、 6比較，不難發(fā)現(xiàn)，形貌為方塊狀的氫氧化銦消失，取而代之的是由直徑在300nm 2 y m之間的微/納米棒組成的花狀簇或單根微米棒。將烘干后的前軀體氫氧化銦在550°C下煅燒 2小時(shí)，即制備出了淡黃色的氧化銦粉體。圖8是本實(shí)例所制備的氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 照片，從圖中可發(fā)現(xiàn)，氧化銦保持了和其前軀體一樣的形貌特征。實(shí)施例4稱取111(13*411200.58688，尿素1.20128(111(13*41120與尿素的摩爾比為1 10)， 溶于60ml去離子水中，磁力攪拌1小時(shí)，形成無色透明溶液，轉(zhuǎn)移至水熱釜中，在130°C下 保溫反應(yīng)12小時(shí)。待水熱釜冷卻至室溫，取出水熱產(chǎn)品。將水熱產(chǎn)品離心分離，用去離子 水和無水乙醇先后各離心洗滌三次，再將所得產(chǎn)物在60°C烘箱中烘干3個(gè)小時(shí)，即制備出 了白色的前軀體粉末。將烘干后的前軀體氫氧化銦在550°C下煅燒2小時(shí)，即制備出了淡 黃色的氧化銦粉體。圖9是本實(shí)例所得到的氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片，其中(b)圖是 (a)圖的部分放大照片。從(a)圖中可以觀察到該實(shí)施例所制備出的氧化銦微觀形貌呈現(xiàn) 出少見的幾乎完美的納米棒花狀簇，而且從(b)圖中可以看到納米棒的表面粗糙，是由定 向排列的納米顆粒組成的。圖10是本實(shí)例得到的氧化銦的透射電鏡照片。從圖中可看出， 氧化銦納米棒是由定向排列的納米顆粒組成的，而且具有介孔結(jié)構(gòu)。實(shí)施例5稱取111(13*411200.58758，尿素1.80188(111(13*41120與尿素的摩爾比為1 15)， 溶于56ml去離子水中，磁力攪拌1小時(shí)，形成無色透明溶液，轉(zhuǎn)移至水熱釜中，在120°C下保 溫反應(yīng)24小時(shí)。待水熱釜冷卻至室溫，取出水熱產(chǎn)品。將水熱產(chǎn)品離心分離，用去離子水 和無水乙醇先后各離心洗滌3次，再將所得產(chǎn)物在60°C烘箱中烘干2個(gè)小時(shí)，即制備出了白 色的前軀體粉末。將烘干后的前軀體氫氧化銦在550°C下煅燒2小時(shí)，即制備出了淡黃色的 氧化銦粉體。圖11是本實(shí)例所得到的氧化銦粉體的X射線衍射圖，通過與標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比可 知，制備出的氧化銦也是立方相的(JCPDS No. 06-0416)。圖12是本實(shí)例所得到的氧化銦的 場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片。從圖中可以觀察到該實(shí)例所制備出的氧化銦的微觀形貌也幾乎全部 是納米棒花狀簇。實(shí)施例6稱取In (N03) 5H20 0. 7863g，尿素 0. 9682g (In (N03) 5H20 與尿素的摩爾比 為8)，溶于60ml去離子水中，磁力攪拌1小時(shí)，形成無色透明溶液，轉(zhuǎn)移至水熱釜中，在 120°C下保溫反應(yīng)18小時(shí)。待水熱釜冷卻至室溫，取出水熱產(chǎn)品。將水熱產(chǎn)品離心分離，用 去離子水和無水乙醇先后各離心洗滌3次，再將所得產(chǎn)物在60°C烘箱中烘干2個(gè)小時(shí)，即制 備出了白色的前軀體粉末。將烘干后的前軀體氫氧化銦在550°C下煅燒2小時(shí)，即制備出了 淡黃色的氧化銦粉體。圖13是本實(shí)例所得到的氧化銦的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片。從圖中可 以觀察到該實(shí)例所制備出的氧化銦的微觀形貌是直徑在300nm 1 y m之間的微/納米棒 組成的花狀簇或單根微米棒。
權(quán)利要求
一種水熱法制備形貌可控納米氧化銦的方法，包括(1)前軀體氫氧化銦的制備稱取摩爾比為1∶2～1∶15的可溶性銦鹽與尿素，加入去離子水，在磁力攪拌下配置成均勻無色透明溶液；然后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜的內(nèi)膽中，在120～140℃下保溫反應(yīng)12～24小時(shí)，冷卻至室溫，將產(chǎn)物離心分離并洗滌，在50～70℃烘箱中烘干2～4個(gè)小時(shí)，即制備出了白色的前軀體In(OH)3；(2)納米氧化銦的制備將烘干后的氫氧化銦在450～550℃空氣氣氛下煅燒2～3小時(shí)，即制備出了淡黃色的氧化銦粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱法制備形貌可控納米氧化銦的方法，其特征在于 所述步驟(1)中的可溶性銦鹽為氯化銦InCl3 4H20或硝酸銦In(N03)3 5H20，銦鹽在無色 透明溶液中的濃度為30mM 40mM。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱法制備形貌可控納米氧化銦的方法，其特征在于 所述步驟(1)中的無色透明溶液占反應(yīng)釜內(nèi)膽體積的80% 90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱法制備形貌可控納米氧化銦的方法，其特征在于 所述步驟(1)中的離心洗滌所用溶液為去離子水以及無水乙醇，分別洗滌3次。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水熱法制備形貌可控納米氧化銦的方法，包括(1)稱取摩爾比為1∶2～1∶15的可溶性銦鹽與尿素，加入去離子水，在磁力攪拌下配置成均勻無色透明溶液；然后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜的內(nèi)膽中，在120～140℃下保溫反應(yīng)12～24小時(shí)，冷卻至室溫，將產(chǎn)物離心分離并洗滌，烘干，即制備出了白色的前軀體In(OH)3；(2)將烘干后的氫氧化銦在450～550℃空氣氣氛下煅燒2～3小時(shí)，即制備出了淡黃色的氧化銦粉體。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，僅僅通過調(diào)控原料的配比，不需任何的模板、表面活性劑及結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑即制備出了形貌各異的氫氧化銦納米結(jié)構(gòu)，為形貌可控氧化銦納米結(jié)構(gòu)的合成提供了一條便捷的方法。
文檔編號(hào)C01G15/00GK101857263SQ20101020764
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者何中媛, 張青紅, 李耀剛, 王宏志, 陳振華 申請(qǐng)人:東華大學(xué)