无机化学论文
由表 2 知，当 AOT 含量为 0. 6 g 时所制备产物晶粒最为细小，说明此时表面活性剂包覆"水核"效果最好，其产率也最高，晶化程度适当。 当 AOT 含量低时，"水核"不能被表面活性剂完全包覆，工艺过程中颗粒之间易产生"粘结",使得其晶粒粗大，相应谱峰变得尖锐，且产率降低。 当 AOT 含量为0. 9g 时其基团数值增加，使得微乳液的"水核"包裹过度，晶粒虽然细小，但氧化锡的产率明显降低，且晶化程度不足。 因此，选取 AOT 含量为 0. 6 g 为最佳的表面活性剂含量。
2. 2. 2 热处理温度的影响
通过热分析可知，600 ℃ 锻烧即可得到晶化较好的 SnO2颗粒。 为进一步验证，选用 AOT 含量为0. 6 g,保持其他条件不变，热处理温度分别为 500、600、700 ℃ ,分别合成纳米 SnO2粉末，其 XRD 图谱如图 3 所示。 由图3 可知，随着煅烧温度升高，半高宽变窄，峰形变得愈加尖锐，说明产物的晶化程度随之提高，晶粒粒径变大。 以谢乐公式计算可得不同煅烧温度下制得 SnO2粉末的平均晶粒大小，分别为 3. 8 nm（ 500 ℃） 、4. 1 nm（ 600 ℃） 和 11. 9 nm（ 700 ℃） . 煅烧温度在 500 ℃时晶粒虽然细小，但晶化不完全，随后由 500 ℃上升至 600 ℃过程中，晶粒长大不明显，这与热分析研究的结果相一致。 分析其原因，在此温度下颗粒表面包裹的有机物"壳"大都挥发殆尽，对颗粒长大的阻碍作用基本消失，故此现象或许与有机物改变了颗粒之间的界面张力有关。 当温度升高至 600 ℃以上，晶粒迅速长大，这是由于此温度下有机物基本挥发分解完全，颗粒之间不再有屏障，随即发生剧烈团聚长大。 结合产率计算结果，验证了热分析以600 ℃ 为最佳煅烧温度的结论。
2. 2. 3 溶液 pH 值的影响
选择 AOT 含量为 0. 6 g,煅烧温度为 600 ℃，保持其他条件不变，在溶液中加稀盐酸或氨水调整 pH合成纳米 SnO2粉末，其 XRD 图谱如图 4 所示。
由图 4 知，随着溶液 pH 值的升高，谱图峰形变化明显，pH 值为10 和6 时晶粒都较 pH 为8 时更加粗大。 一方面，pH 值过高，导致已经形成的 Sn（ OH）2或者 Sn（ OH）4溶解，SnO2产率降低，如图5 所示。 pH值降低为 6 时，除去晶粒更粗大之外，溶液中过多的 H+抑制 Sn4 +与 OH-反应，将导致沉淀的减少，产率随之下降。 由上述分析，溶液 pH 值选在 8 左右为佳。
2. 3 红外分析
为研究煅烧前后产物分子结构的变化，选取 90℃ 干燥后粉末和 600 ℃ 煅烧 2 h 的粉末分别进行红外测试，图谱如图 6 所示。 由图 6 知，波数在 3 420 ~3 440 cm- 1左右吸收峰为样品中吸附水 O-H 键的伸缩振动峰，此峰在 90 ℃ 干燥后仍十分明显，说明样品中的吸附水量相当多，这与其晶粒非常细小有关，而当加热到 600 ℃煅烧后，此峰便明显减弱，说明吸附水已经大量蒸发，这与热分析的结果一致。 3 125、2 875与 2 950 cm- 1左右的吸收峰均与 Sn-OH 键的振动有关，此峰同样在 600 ℃煅烧后基本消失，证明在此温度下反应的沉淀物 Sn（ OH）4已经分解完全。
1 750 cm- 1处的吸收峰为前驱物中 AOT 分子中羰基（ C =O） 伸缩振动，但由于 AOT 分子中的羰基 Sn4 +络合配位而使得此吸收峰较 AOT 单分子的羰基吸收峰向长波方向移动了约 200 cm- 1,即发生了红移。 1 667cm- 1处归属于水分子中 O-H 的变形振动。 1385 cm- 1左右吸收峰为晶格振动所致。 1250 cm- 1处的吸收峰对应于 - CH2扭曲振动，600 ℃煅烧后此峰消失，有机物彻底分解。 1 150 cm- 1处的吸收峰为 - SO3中的S = O 键的对称伸缩振动。 600 cm- 1附近为 O-Sn-O 变形振动和 Sn-O 键伸缩振动导致的吸收峰。 整体谱图与文献[14 -15]报道基本一致，说明 600 ℃煅烧可以使得产物完全转化为氧化锡，有机物彻底分解。
与纯 SnO2煅烧相比较[15],谱图中增加了有机物的吸收峰，此为微乳液法制备纳米颗粒的特征之一。
2. 4 两种制备方法的比较
综上知，采用微乳液法（ WOM） 制备 SnO2纳米粉的最佳工艺是： 锻烧温度 600 ℃、保温时间 2 h、pH8、水 - 表面活性剂摩尔比 1 ∶ 2、AOT 含量 0. 6 g. 而采用化学沉淀法（ CPM） 的最佳工艺是： 锻烧温度600 ℃ 、保温时间 0. 5 h、pH5. 将最佳工艺条件下制备的 SnO2粉末的 XRD 谱图加以对比，如图 7 所示。
两种方法所制备的产物均为金红石结构的 SnO2,采用 WOM 所制备产物的谱峰较宽，其中（ 111） 晶面的峰尚未独立显现，而采用 CPM 制备的 SnO2图谱，尽管煅烧时间只有前者的 1/4,但整体谱峰却已经变得更加尖锐，其（ 111） 晶面已经完全独立显现出来，故可以定性推断，同等加热条件下 WOM 所获晶粒较后者要精细。 采用谢乐公式计算后，获得的平均晶粒度分别为： WOM,4. 1 nm; CPM,10. 1 nm,前者所获晶粒的确更加细小。 考虑到除了粒子大小，实际应用中另一个重要方面是其分散度，故将两种方法所制备的 SnO2粉末做了 SEM 表征，结果如图8 所示。
由图 8（ a） 知，经 600 ℃ 煅烧 2 h 后，以微乳液法制备的纳米 SnO2粉体主要表现为不规则多边形颗粒，形状近似球体，在 2 500 倍的放大倍数下颗粒总体仍然分布均匀，团聚较少。 而图 8（ b） 中，同样是 600 ℃煅烧，虽然保温时间只有短短 0. 5 h,但颗粒已经剧烈团聚，在放大倍数为 1 000 倍下，团聚的颗粒完全板结成致密的板块，导致比表面积明显降低，其性能也随之变差。 根据微乳液法的特点，化学反应是在"水核"中进行的，纳米粒子的成核、生长过程都是在"水核"里完成。 正是由于这些表面活性剂分子包覆层的存在，能有效阻止纳米粒子间的团聚，使生成的纳米粒子之间相互间隔开来，因此实现了纳米粒子的高分散特性。 故采用微乳液法制备氧化锡粒子不但可以通过调整溶液不同反应物的浓度来控制纳米粒子的大小，更可以防止其团聚。 与沉淀法相比较，具有粒径大小可控、粒度分布均匀、实验装置简单、条件温和及操作方便等优点。
3 结语
分别采用以 AOT 为添加剂的微乳液法和化学沉淀法制备了 SnO2纳米粉体颗粒。 结果表明，在600 ℃煅烧2 h 后，采用微乳液法制备的产物具有平均晶粒直径为 4. 1 nm 的细小颗粒。 同样在600 ℃下煅烧，采用化学沉淀法制备的粉末，其保温时间减少为 0. 5 h,但其平均直径已经长大到 10. 1 nm. 另外，前者具有更加均匀的分散度。 说明采用以 AOT 为表面活性剂的微乳液法是合成细小分散 SnO2纳米粉体材料的有效办法，在 AOT - 正庚烷 - SnCl4体系中，制备 SnO2纳米粉末的最佳工艺条件为： 锻烧温度 600 ℃、保温时间 2 h、pH =8、水 - 表面活性剂摩尔比 1 ∶ 2、AOT 含量 0. 6 g.