[0001] 本发明涉及发光材料技术领域和气敏技术领域，尤其是涉及一种高效率铕掺杂二氧化锡八面体纳米颗粒制备工艺。

[0002] 稀土掺杂半导体氧化物纳米晶在生物医学、显示技术、传感器、光电子学和照明等3+ 3+
领域有着广泛的应用前景。Eu 掺杂SnO2将具有优异的发光和电学性能等。但由于Eu
4+ 3+
(0.095nm)与Sn (0.069nm)的半径差异较大使得Eu 难以掺杂到SnO2晶格中，进一步影响
3+
Eu 掺杂SnO2在光电及气敏器件中的应用。

[0003] 到目前为止，合成Eu3+掺杂SnO2纳米颗粒的方法主要集中为化学方法。例如在乙二3+
醇培养基中以相对较低的温度(185℃)制备出分散在二氧化硅基质中的Eu 掺杂SnO2纳米颗粒，或者用溶胶凝胶法合成SnO2纳米晶体。还有使用SnCl4·5H2O和NH4OH在400‑600℃范
3+
围内加热从而制备Eu 掺杂的SnO2纳米颗粒。上述化学制备方法时间长，产量低，并且制备
3+ 3+
的Eu 掺杂的SnO2纳米颗粒上具有溶剂残留和未反应的原料，这将影响Eu 掺杂SnO2纳米颗粒的性能。

[0004] 为了解决Eu3+掺杂SnO2八面体纳米颗粒的制备难题，本发明专利提出了一种创新、3+
简单、成本低廉且重复性良好的物理制备方法。该方法旨在高效制备Eu 掺杂SnO2八面体纳米颗粒，具有优异发光和气敏性能，在光电子和气体传感器件等领域具有巨大的应用潜力和价值。

[0028] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

[0029] 图1是本发明方法中所使用的反应装置的结构示意图。

[0030] 如图1所示，反应室1罩在冷凝壁2、钨杆阴极3以及石墨埚阳极5外，其中石墨埚阳极5与钨杆阴极3相对一侧填充有反应原料4，通过控制铜座6的升降使石墨埚阳极5和钨杆阴极3之间起弧。为了保证反应产物的顺利凝结，在石墨埚阳极5和冷凝壁2处通入循环冷却水，其中铜座6既是进水口又是出水口，冷凝壁2通过进水口9和出水口10进行冷却水循环。在反应开始前和结束后，都需要从进气口7和放气口8通入反应气体，起到洗气、充入反应气体和钝化的作用。

[0031] 图2是本发明所需原材料SnO2粉(商用，纯度：99.5％)的SEM图像，可以看出，原材料SnO2粉末的形貌为大小不一的块状或颗粒状。

[0032] 实施例1

[0033] 本实施例制备了Eu3+掺杂SnO2八面体纳米颗粒，材料制备过程如下：

[0034] 将SnO2粉和Eu2O3粉按照摩尔比100：1充分混合后放入压片模具中压制成高1‑2cm的圆柱形锭4，随后将制得的锭4放置在位于直流电弧放电装置反应室内的石墨埚5中，并将钨杆阴极3固定在反应原料4上方一定距离处，同时保证钨杆阴极3尖端与反应原料4互不接触；将反应室1抽至真空后充入30kPa空气用作反应气体；打开循环水装置，从冷凝壁2和铜座6处通入冷却水；通过调节铜座6高度，使石墨埚5与钨杆3接触瞬间拉开起弧进行放电。在放电过程中保持电压为10V，电流为40A，反应时间15s。在冷凝壁上收集样品。

[0035] 图3为制备样品的SEM图像，从图中看到样品呈现出规则的颗粒状，单个颗粒具有八面体的形状，尺寸约为90‑120nm。图4为该八面体纳米颗粒的XRD图谱，图中所有衍射峰均与SnO2的四方结构相对应，表明样品纯度高，没有杂质存在。

[0036] 图5为八面体纳米颗粒的EDS能谱。其Sn、O和Eu的原子比为38.4：61.0：0.6，表明有稀土Eu元素掺杂到SnO2纳米颗粒中。

[0037] 图6为Eu掺杂SnO2纳米颗粒在611nm发射下的激发光谱图。其中位于364、382、3953+ 7 5 7 5 7 5 7 5 3+
和417nm处的主峰是由Eu 的F0‑D4，F0‑ L7，F0‑L6，F0‑D3跃迁引起的。图7为该Eu 掺杂
3+
SnO2纳米颗粒在394nm的激发下的PL光谱图。可以看出该Eu 掺杂的SnO2发光材料在394nm
3+ 5 7
的激发下，有610nm发射的红光。该尖锐的发射峰是由于Eu 的D0‑F2跃迁引起的。其他位于
3+ 5 7 5 7 5 7 5 7
580、592、650和706nm处的峰分别对应于Eu 的跃迁D0‑ F0，D0‑ F1，D0‑F3，D0‑F4。从激发
3+
和发射光谱可以看出，Eu 成功掺杂到SnO2八面体纳米颗粒中。

[0038] 图8为铕掺杂SnO2纳米颗粒的浓度响应测试曲线，其工作温度为220℃，随着乙醇挥发性气体的浓度从50ppm上升到900ppm，该掺杂后的材料对乙醇的气敏响应灵敏度从30升高到108.9。

[0039] 实施例2

[0040] 本实施例制备了Eu3+掺杂SnO2纳米颗粒，材料制备过程如下：

[0041] 将SnO2粉和Eu2O3粉按照摩尔比100：2充分混合后放入压片模具中压制成高1‑2cm的圆柱形锭4，随后将制得的锭4放置在位于直流电弧放电装置反应室内的石墨埚5中，并将钨杆阴极3固定在反应原料4上方一定距离处，同时保证钨杆阴极3尖端与反应原料4互不接触；将反应室1抽至真空后充入50kPa空气用作反应气体；打开循环水装置，从冷凝壁2和铜座6处通入冷却水；通过调节铜座6高度，使石墨埚5与钨杆3接触瞬间拉开起弧进行放电。在放电过程中保持电压为12V，电流为50A，反应时间约为30s。在冷凝壁上收集到大量的粉末3+
样品即为Eu 掺杂SnO2纳米颗粒。

[0042] 图9为该Eu3+掺杂SnO2纳米颗粒的SEM图像，从图中可以看出该纳米颗粒同样呈现出较为规则的八面体形状，尺寸约为100‑300nm。

[0043] 同实施例1中的气敏性能测试步骤和相同条件下，测试结果与实施例1接近。

[0044] 实施例3

[0045] 本实施例制备了Eu3+掺杂SnO2纳米颗粒，材料制备过程如下：

[0046] 同实施例1的前期制备过程相同。在放电过程中保持电压为20V，电流为100A，反应时间约为4min。在冷凝壁上收集到大量的粉末。

[0047] 图10为该条件下制备的样品的SEM图像，该图像显示出了大小不规则的颗粒状或块状结构，当中有少量大尺寸八面体颗粒。

[0048] 图11为Eu3+掺杂SnO2纳米颗粒的浓度响应测试曲线，随着乙醇挥发性气体的浓度从50ppm上升到900ppm，该材料对乙醇的气敏响应灵敏度从2.8升高到4.4。

[0049] 实施例4

[0050] 本实施例制备了未掺杂的SnO2纳米颗粒，材料制备过程如下：

[0051] 将SnO2粉放入压片模具中压制成高1‑2cm的圆柱形锭4，随后将制得的锭4放置在位于直流电弧放电装置反应室内的石墨埚5中，并将钨杆阴极3固定在反应原料4上方一定距离处，同时保证钨杆阴极3尖端与反应原料4互不接触；将反应室1抽至真空后充入30kPa空气用作反应气体；打开循环水装置，从冷凝壁2和铜座6处通入冷却水；通过调节铜座6高度，使石墨埚5与钨杆3接触瞬间拉开起弧进行放电。在放电过程中保持电压为10V，电流为40A，反应时间约为15s。在冷凝壁上收集到的粉末样品即为SnO2纳米颗粒。

[0052] 图12是所制备样品的SEM图像，可以看出其形貌为大小不一的圆球状纳米颗粒，没有任何八面体形貌生成，圆球直径约为50‑200nm。

[0053] 图13为SnO2纳米颗粒的浓度响应测试曲线，随着乙醇挥发性气体的浓度从50ppm上升到900ppm，该未掺杂的材料对乙醇的气敏响应灵敏度从1.37升高到1.57。与实施例1‑3相比，其灵敏度要低于含有SnO2八面体纳米颗粒的产物。

[0054] 以上实施例表明，SnO2纳米八面体颗粒具有非常优越的气敏性能；Eu3+掺杂是生成SnO2纳米八面体颗粒的关键，同时适当的反应条件更有利于SnO2纳米八面体形貌生成。

[0055] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。