CN101508462A - 高比表面积花状氢氧化铟粉体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高比表面积花状氢氧化铟的制备方法，属于无机材料制备工艺技术领域。以In³⁺的水溶性盐为铟源，尿素为碱源，十二烷基硫酸钠为表面活性剂，采用水热法制备氢氧化铟粉体。在90－105℃低温水热条件下恒温反应12－24h，冷却至室温后过滤得到沉淀，洗涤，离心沉淀，烘干即得到由纳米片层组装而成的花状高比表面积花状氢氧化铟粉体。本发明的优点在于：本发明采用低温水热法制备花状氢氧化铟，不仅能使晶体在非受限的条件下充分生长，具有比表面积高，晶体形貌、大小可控，结晶完好等优点，而且获得的粉体的比表面积在20－40m²/g，XRD衍射表明主晶相为In(OH)₃且沿[100]方向择优取向生长，杂相为InOOH且含量全部小于12％。该体系在微电子、光电、敏感器件、催化剂、碱性电池等领域拥有良好的应用前景。

Description

高比表面积花状氢氧化铟粉体的制备方法

技术领域

本发明属于无机材料制备工艺技术领域，特别是涉及高比表面积花状氢氧化铟的制备方法。

背景技术

铟(In)是IIIA族元素，为具有四方晶体结构的低熔点金属，它易于合成例如InN、InGaN、InP和InAs的III-V族合金半导体，可用于制作发光二极管(LED)等光电器件。近年来，随着科技的发展，铟及其化合物已经被广泛地应用于各种合金的制造、半导体材料的合成、红外线检测器和震荡器的制造以及临床医学中的肿瘤放射治疗和放射性核素显影等行业。氢氧化铟作为铟的一种化合物，可以用作苯等难降解有机物的光降解催化剂以及碱性电池中的高效缓释剂，此外掺杂锡后制备的铟锡氧化物(ITO)具有高的可见光透过率以及良好的导电性而应用于以液晶显示器为主的平板显示器行业，因此铟的化合物在工业生产以及日常生活中中具有广泛的应用。

目前国内外制备氧化铟及其氢氧化铟的方法很多，主要有水溶液法、热分解法、均相共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等。其中采用水溶液法(卢信冲等，发明专利公开号CN1412117)的工艺特点主要是利用加入的添加剂来控制铟锡氢氧化物的长大来获得高品质的球形纳米氧化铟锡粉体，但是用水溶液法制备的样品存在严重的团聚以及粒径范围分布宽等缺点。采用热分解法(斯蒂潘·卡图希奇等，发明专利公开号CN176120)的工艺特点主要是在氧化气氛火焰中燃烧铟和锡的化合物，将其转化为铟锡复合氧化物纳米球形粉体，但这种方法的操作过程复杂，条件难以控制。另外，采用均相共沉淀法((钟兴文等，发明专利公开号CN1305957)、(宋宁等，发明专利公开号CN101214994)、(张建荣等，发明专利公开号CN1775693))的工艺特点在于将金属铟和金属锡的盐溶液分别溶解乳化，充分混合后共沉淀，洗涤，过滤，再烘干，灼烧，最后淬火磨碎，即成球形粉体，虽然工艺简单、周期短、操作方便、对设备的要求不高，但是在具体的制备过程中存在突出的团聚现象，可利用的粒子活性表面受到很大局限。采用溶胶-凝胶法((胡奇林等，发明专利公开号CN101041459)、(周慧娟等，发明专利公开号CN1225898))的工艺特点在于以金属醇盐为起始原料，利用醇盐的水解缩聚反应形成凝胶网络结构，但由于铟锡的金属醇盐价格昂贵且不易获得，不适合于大规模低成本的制备工艺要求。在这些方法中，水热法能使晶体在非受限的条件下充分生长，具有晶体形貌、大小可控，结晶完好等优点，同时反应条件也容易控制。目前已报道的利用水热法制备氢氧化铟或氧化铟的研究很少，如一种氧化铟纳米线有序集体的制备方法(占金华等，发明专利公开号CN101182031)，该发明以InCl₃为原料，非极性烷烃为溶剂，十二胺、油酸作为表面活性剂，置于烘箱中于120-280℃恒温反应5-40h，产物水洗、醇洗后干燥，得到InOOH纳米线有序集聚体，InOOH在450-440℃下退火，得到In₂O₃纳米线有序集聚体。

以上有关氢氧化铟的制备方法所制备得到的球形粉体，可利用的活性表面较小且团聚而成的颗粒也为球形形貌。而目前相关文献中还没有高比表面积、形貌可控的纳米片层组装而成的花状氢氧化铟的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种步骤简单，操作方便的制备高比表面积花状氢氧化铟粉体的方法。

而为了得到高比表面积、形貌可控的花状氢氧化铟，本发明的技术方案为：以含In³⁺的水溶性无机盐水溶液为铟源，尿素(CO(NH₂)₂)为碱源，十二烷基硫酸钠(SDS)为表面活性剂，将以上反应物经超声震荡后，在密封反应器90-105℃低温水热反应12-24h；冷却过滤得到沉淀物经洗涤，离心沉淀，烘干后即得花状氢氧化铟。

通过本发明的方法，发明人首次制备成功高比表面积、形貌为花状氢氧化铟粉体(In(OH)₃)，所述的花状是指氢氧化铟粉体表面上是由纳米片层组装而成高比表积，形貌为花状。本发明的产物结晶度高、产率高、分散性好，并且前驱体经400℃煅烧1h后获得In₂O₃粉体，其花状形貌保持不变。

含In³⁺水溶性无机盐水溶液的浓度优选为0.01-0.2mol/L。

表面活性剂十二烷基硫酸钠，其含量优选为In³⁺物质的量的0.5-2倍。

所述的尿素的含量优选为In³⁺物质的量的5-7倍。

含In³⁺的水溶性无机盐水溶液优选为氯化铟溶液或者硝酸铟溶液。

反应器内的升温速率为5-10℃/min。

本发明花状氢氧化铟粉体的制备方法具体的制备步骤为：

配制摩尔浓度为0.01-0.2mol/L的含In³⁺的无机盐的水溶液，在调配好的含铟的水溶性盐中加入表面活性剂十二烷基硫酸钠(其含量为In³⁺物质的量的0.5-2倍)，再在上述溶液中加入尿素作为碱源(尿素的含量为In³⁺物质的量的5-7倍)，然后超声震荡，搅拌均匀后，将混合液装入内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内，密封后于90-105℃低温水热反应12-24h。取出后冷却至室温，将过滤得到的沉淀物，用乙醇和水的体积比为1：1的混合溶液洗涤，离心沉淀，80-90℃烘干，即得到花状氢氧化铟粉体。

本发明的优点在于：本发明采用水热法制备花状氢氧化铟，能使晶体在非受限的条件下充分生长，具有比表面积高，晶体形貌、大小可控，结晶完好等优点，并且获得的粉体的BET在20-40m²/g，XRD衍射表明主晶相为In(OH)₃且沿[100]方向择优取向生长，杂相为InOOH且含量全部小于12％。该体系在微电子、光电、敏感器件、催化剂、碱性电池等领域拥有良好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制备的花状粉体的典型SEM照片

图2为实施例2制备的花状粉体的典型SEM照片

图3为实施例3制备的花状粉体的典型SEM照片

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1：

配制摩尔浓度为0.01mol/L的氯化铟无机盐的水溶液80mL，加入表面活性剂十二烷基硫酸钠0.0008mol，再加入0.004mol的尿素作为碱源。超声震荡数分钟后，将混合液装入100mL内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内，密封后于90℃低温水热反应12h。取出，冷却至室温，将过滤得到的沉淀物，用乙醇和水的体积比为1：1的混合溶液洗涤，离心沉淀，80℃烘干，即得到花状氢氧化铟粉体。获得的粉体BET为38m²/g，XRD衍射表明主要为沿[100]方向择优取向，且含InOOH的量为8％。如图1所示。

实施例2：

配制摩尔浓度为0.1mol/L的氯化铟水溶液80mL，加入0.008mol十二烷基硫酸钠及0.048mol尿素。反应温度为95℃，反应时间为18h，可以得到BET为31m²/g，含InOOH量为10％的花状氢氧化铟粉体。其余同实施例1。如图2所示。

实施例3：

配制摩尔浓度为0.2mol/L的硝酸铟水溶液80mL，加入0.032mol十二烷基硫酸钠及0.112mol尿素。反应温度为105℃，反应时间为24h，可以得到BET为23m²/g，含InOOH量为11％的花状氢氧化铟粉体。其余同实施例1。如图3所示。

Claims (6)

1、高比表面积花状氢氧化铟粉体的制备方法，其特征在于以含In³⁺的水溶性无机盐水溶液为铟源，尿素为碱源，十二烷基硫酸钠为表面活性剂，将以上反应物经超声震荡后，在密封反应器90-105℃低温水热反应12-24h；冷却过滤得到沉淀物经洗涤，离心沉淀，烘干后即得花状氢氧化铟。

2、根据权利要求1所述的高比表面积花状氢氧化铟粉体的制备方法，其特征在于含In³⁺水溶性无机盐的浓度为0.01-0.2mol/L。

3、根据权利要求2所述的高比表面积花状氢氧化铟粉体的制备方法，其特征在于表面活性剂十二烷基硫酸钠，其含量为In3+物质的量的0.5-2倍。

4、根据权利要求1-3任一项所述的高比表面积花状氢氧化铟粉体的制备方法，其特征在于所述的尿素的含量为In³⁺物质的量的5-7倍。

5、根据权利要求1所述的高比表面积花状氢氧化铟粉体的制备方法，其特征在于含In³⁺的水溶性无机盐水溶液为氯化铟溶液或者硝酸铟溶液。

6、根据权利要求1所述的高比表面积花状氢氧化铟粉体的制备方法，其特征在于反应器内的升温速率为5-10℃/min。

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