水热法制备二氧化锡纳米材料及其在锂电子电池中的应用(2)
2.2制备
SnO2／Na2Sn(OH)6阵列。在典型的合成中，SnCl4 •5H2O（0.35 g，1 mmol），PVP（0.335 g，0.006 mmol）和NaOH（0.28 g，7 mmol）按次序加入无水乙醇和蒸馏水（6 ml，体积比（1∶1）。置入烧杯的混合溶剂被放进超声清洗机（频率：40千赫，功率50 W）5分钟。这样处理的目的是将反应物完全混合。最后将反应物转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜内，保持在200℃20小时。产物以10000 rpm（转每分）离心法收集，并用蒸馏水和乙醇洗数次。
2.3表征
以上制备的产物是通过X-射线粉末衍射（XRD）模式（帕纳科x-pert衍射与铜Kα辐射）获得化合物的相位信息。形态学大小和晶体结构是通过扫描电子显微镜（SEM，s4800）和带有200 kV的加速电压的透射电子显微镜（TEM，JEM-2100）进行检测。将样本滴加到铜网上进行检测。
2.4电化学测量
电化学测量的方法基于课题组先前的工作。 TiO2样品混合活性物质和乙炔黑，重量比为75:15:10。铜金属作为电流收集器，金属锂作为反电极和LiPF6（1M）溶解在碳酸甲乙酯（EMC），碳酸二甲酯（DMC），碳酸乙烯酯（EC）的混合物中（1:1:1的体积）。采用恒电流法在充电/放电采用LAND-CT2001a仪器100 mA g-1电流密度•测定的电化学容量和工作电极的循环寿命。充放电截止电位分别设定在3和1 V（vs.Li+/Li）。
3.结果与讨论
图1（a）的SnO2／Na2Sn(OH)6阵列的XRD图谱，（b），（c），分别是SnO2／Na2Sn(OH)6阵列不同的放大倍数下的图片，（d）SnO2／Na2Sn(OH)6阵列从横向观察的扫描电镜图像，（e）单个SnO2纳米棒的低倍透射电子显微镜图像，（f）SnO2纳米棒的高倍透射电子显微镜图像.
为了确定晶体结构使用X射线衍射（XRD）进行检测（图1a）。产物的XRD图谱在20和80度之间显示尖锐的峰。五角星表示在26.7，34.1，38.1，39.5，42.8，52.2标记的衍射峰分别对应于金红石型SnO2 的110，101，200，111，210，211晶面（ JCPDF PDF：00-002-1340），多角星形表示在21.4，30.3，30.8，35.9 ，37.4标记的衍射峰分别对应于Na2Sn(OH)6的012，110，104，113与202晶面。最终产品的形态已经由SEM图像观察（图1 b-d）。图1b为低倍率的SEM图像，清晰地显示所得到的产物具有粗糙表面大块的颗粒。图1c显示上面的高倍率扫描电镜图像，基底上高密度排列的棒可以被清楚地观察到。SnO2纳米棒密度统计是约200-250μm-2。在图1c的插入图是SnO2纳米棒阵列的一个横断面。可以看出SnO2纳米棒的直径约为50 nm。从横向观察的图d表明，SnO2纳米棒在基底的两侧生长，并且纳米棒的长度约在150-200纳米的范围内。图1（e）表示单个SnO2纳米棒的低倍透射电子显微镜图像。图（e）的插入图表明，SnO2纳米棒是单晶体结构。在图1（f）的SnO2纳米棒边沿的晶体的间距为0.345 nm，与金红石结构的SnO2晶体{ 110 }晶面的晶格边缘很好地对应。基于电子衍射和高分辨的实验结果，我们得出SnO2纳米棒是{ 110 }晶面裸露。
图2：SnO2／Na2Sn(OH)6的样品的扫描电子显微镜图像随时间演化图2（a）1 h，（b）3 h，（c）6 h，（d）8 h.
为了探究SnO2／Na2Sn(OH)6分层结构的生长机理，进行了一系列不同时间的水热法实验。图2 a-d显示在200℃分别经1，3，6和8小时收集的产物的扫描电子显微镜的图像，并对所得产物进行了XRD测量（图3）。图表所标记的最高点是金红石SnO2（110）晶面的衍射射。当反应时间为1 h，形成大量的表面光滑的块状晶体（图2a）。如图3a所示的衍射峰，推测出大部分是基底Na2Sn(OH)6，且SnO2峰值强度弱。将反应时间延长至3h，块状晶体的表面变得粗糙（图2b），SnO2的衍射峰变得相对较强（图3b）。进一步延长反应时间到6h，便有大量的纳米粒子生长在块状晶体的表面（图2c）。金红石型SnO2的衍射峰越来越强（图3c）。当反应时间延长至8h，表面上的纳米粒子长成垂直棒状结构（图2d），SnO2的衍射峰（110）晶面的衍射峰变强（图3d）。这些结果表明，基底材料是Na2Sn(OH)6，纳米棒是金红石SnO2。且延长反应时间，SnO2纳米棒逐渐变长。