專利名稱：一種氧化鋅(ZnO)納米棒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬納米棒的制備領(lǐng)域，特別是涉及一種氧化鋅(ZnO)納米棒的制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅是II-VI族具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體，室溫下能帶帶隙是 3.37ev，激子束縛能高達(dá)60mev，顯示出近UV發(fā)射、透明壓電性、光催化性和壓電性能。 隨著納米科技的發(fā)展，納米氧化鋅由于其量子限域效應(yīng)，小尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)等在光、 電、磁、敏感等方面擁有一般氧化鋅粉體無法比擬的特殊性質(zhì)和新用途，近年來越來越受 到人們的關(guān)注。目前氧化鋅納米粉體制備方法有溶劑熱法，沉淀法，溶膠凝膠法等。對(duì)于 粒度和形貌的控制一直是人們研究的熱點(diǎn)，而溶劑熱法擁有合成溫度低，粉體純度高，可 以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的一次性合成的特點(diǎn)。YongHongNi等在Materials Research Bulletin No.43 (2008) pp.2919-2928上報(bào)道了通過控制表面活性劑十二垸基硫酸鈉的濃度，采用水熱法制備花狀 的氧化鋅納米粉體，室溫PL光譜顯示414nm和474nm具有發(fā)射峰。Hao Jiang等在The Journal of Physical Chemistry C No.112 (2008)pp.l2138-12141上報(bào)道了利用三乙醇胺水溶 液作為溶劑，通過控制溫度150 20(TC制備出了多晶的氧化鋅納米膠體球，并發(fā)現(xiàn)室溫下 的PL光譜在391nm處有強(qiáng)烈的發(fā)射峰。Tandra Ghoshal等在Crystal Growth & Design Vol.7 No 1 (2007)pp.l36-141中報(bào)道了以硝酸鋅為原料，通過控制溶劑乙二醇與水的比例，調(diào)整 反應(yīng)釜溫度20(TC反應(yīng)時(shí)間12h，制備出了餅狀的氧化鋅。乙二醇溶劑在氧化鋅的形成過 程中發(fā)揮了重要的作用， 一是提供羥基粒子，二是包覆氧化鋅晶核的表面抑制氧化鋅C軸 方向的快速生長(zhǎng)。Fang Lu等在Advanced Functional Materials No.18 (2008)pp. 1047-1056上 同樣以三乙醇胺水溶液為溶劑，通過在鋅基板上生長(zhǎng)氧化鋅晶體，發(fā)現(xiàn)調(diào)整水和三乙醇胺 的比例，形貌有很大差異，當(dāng)比例調(diào)為1:7時(shí)，能合成出階梯型金字塔狀的氧化鋅。由此 看出，不同溶劑合成的氧化鋅不只形貌差異很大，而且性能也會(huì)有顯著不同。目前尚無以 乙二胺和乙醇胺作為混合溶劑制備氧化鋅納米粉體的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種氧化鋅(ZnO)納米棒的制備方法，該制備方法 簡(jiǎn)單，容易控制，制得的氧化鋅納米棒大小均勻；另外納米顆粒在有機(jī)相中更穩(wěn)定，不易 生成雜質(zhì)相。
本發(fā)明的一種氧化鋅(ZnO)納米棒的制備方法，包括 (1)反應(yīng)溶液的配制在室溫下，稱取摩爾比為1:2 1:4的可溶性鋅鹽和氫氧化物，加入到去離子水中，產(chǎn) 生白色絮狀物，然后加入體積比為1:5 5:1的乙二胺和乙醇胺的混合溶劑；機(jī)械攪拌20~40 分鐘，得到澄清的反應(yīng)溶液，其中可溶性鋅鹽和氫氧化物的總量與去離子水的比為 0.07g-0.5g:lml，加入的混合溶劑與去離子水的體積比為1:6 1:1;
(2) 溶劑熱反應(yīng)
將上述反應(yīng)溶液放入反應(yīng)釜中，反應(yīng)溶液的量為反應(yīng)釜體積的1/2~3/4，進(jìn)行溶劑熱反 應(yīng)，反應(yīng)溫度為110~150°C，反應(yīng)6 12h，自然冷卻至室溫；
(3) 產(chǎn)品分離、洗滌、干燥
將產(chǎn)物離心分離，轉(zhuǎn)速為6000-8000 rpm，時(shí)間為5~30 min;分別用去離子水洗滌產(chǎn) 物3 6次，無水乙醇洗滌1 3次；產(chǎn)物在40 60。C， 5 12h烘干，得到ZnO納米棒。 所述步驟(1)可溶性的鋅鹽為醋酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅，優(yōu)先使用醋酸鋅。 所述步驟(1)氫氧化物為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰、氨水，優(yōu)先使用氫氧化鉀。
所述步驟(1)乙二胺與乙醇胺體積比優(yōu)先使用1:1。
該氧化鋅(ZnO)納米棒材料在光電領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可用于制備光催化劑、熒光劑等。
相對(duì)于普通的水熱法，本發(fā)明中使用的溶劑在反應(yīng)過程中起到了至關(guān)重要的作用，能 使合成的氧化鋅納米棒大小均勻；另外納米顆粒在有機(jī)相中更穩(wěn)定，不易生成雜質(zhì)相。 有益效果
本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，容易控制，制得的氧化鋅納米棒大小均勻；另外納米顆粒在 有機(jī)相中更穩(wěn)定，不易生成雜質(zhì)相。


圖1: 11(TC反應(yīng)10h制備的ZnO納米棒的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖； 圖2: 11(TC反應(yīng)10h制備的ZnO納米棒的X射線衍射圖； 圖3: 120'C反應(yīng)8h制備的ZnO納米棒的X射線衍射圖； 圖4: 120。C反應(yīng)6h制備的ZnO納米棒的X射線衍射圖。
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1.0976g Zn(CH3COO)2'2H20、 1.1222g KOH放入燒杯中，再量取15ml去離子水 加入燒杯中，500轉(zhuǎn)/分鐘速度下機(jī)械攪拌20分鐘，再量取30ml體積比為1:1的乙二胺與 乙醇胺的混合溶劑加入燒杯中，500轉(zhuǎn)/分鐘速度下機(jī)械攪拌40分鐘，得到澄清的反應(yīng)溶 液；將上述反應(yīng)溶液倒入反應(yīng)釜中，放入烘箱中，升溫至ll(TC，反應(yīng)10 h。反應(yīng)結(jié)束， 自然冷卻至室溫。6000轉(zhuǎn)/分鐘速度下離心分離15分鐘得到產(chǎn)物；將產(chǎn)物用去離子水洗滌 和無水乙醇分別洗滌3次，然后在6(TC干燥5小時(shí)，得到ZnO納米棒粉體。圖1為本實(shí) 施例合成粉體的X射線衍射圖，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜表明該納米粉體為六方相的ZnO， 圖2為本實(shí)施例合成粉體的掃描電鏡圖，可也以看出氧化鋅納米棒的直徑為100 200nrn， 棒長(zhǎng)度為0.2~2 pm。
實(shí)施例2
稱取1.0976g Zn(CH3COO)2'2H20、 0.8417g KOH放入燒杯中，再量取30ml去離子水 加入燒杯中，800轉(zhuǎn)/分鐘速度下機(jī)械攪拌10分鐘，再量取20ml體積比為5:1的乙二胺與 乙醇胺的混合溶劑加入燒杯中，800轉(zhuǎn)/分鐘速度下機(jī)械攪拌20分鐘，得到澄清的反應(yīng)溶 液；將上述反應(yīng)溶液倒入反應(yīng)釜中，放入烘箱中，升溫至120 °C，反應(yīng)8h。反應(yīng)結(jié)束， 自然冷卻至室溫。8000轉(zhuǎn)/分鐘速度下離心分離5分鐘得到產(chǎn)物；將產(chǎn)物用去離子水洗滌6， 用無水乙醇洗滌l次，然后在4(TC干燥12小時(shí)，得到ZnO納米粉體。圖3為本實(shí)施例合 成粉體的X射線衍射圖，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜表明該納米粉體為六 方相的ZnO;掃描電鏡圖觀察表明合成了氧化鋅納米棒。
實(shí)施例3
稱取1.0976gZn(CH3COO)2'2H2O、 0.5611gKOH放入燒杯中，再量取10ml去離子水加 入燒杯中，700轉(zhuǎn)/分鐘速度下機(jī)械攪拌15分鐘，再量取20ml體積比為1:5乙二胺與乙醇 胺的混合溶劑加入燒杯中，700轉(zhuǎn)/分鐘速度下機(jī)械攪拌25分鐘，得到澄清的反應(yīng)溶液； 將上述反應(yīng)溶液倒入反應(yīng)釜中，放入烘箱中，升溫至12(TC，反應(yīng)6h。反應(yīng)結(jié)束，自然冷 卻至室溫。7000轉(zhuǎn)/分鐘速度下離心分離8分鐘得到產(chǎn)物；將產(chǎn)物用去離子水洗滌4，用無 水乙醇洗滌2次，然后在50'C干燥10小時(shí)，得到ZnO納米粉體。圖4為本實(shí)施例合成粉 體的X射線衍射圖，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜表明該納米粉體為六方相 的ZnO;掃描電鏡圖觀察表明合成了氧化鋅納米棒。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋅ZnO納米棒的制備方法，包括(1)在室溫下，稱取摩爾比為1∶2～1∶4的可溶性鋅鹽和氫氧化物，加入到去離子水中，然后加入體積比為1∶5～5∶1的乙二胺和乙醇胺的混合溶劑；機(jī)械攪拌20～40分鐘，得到澄清的反應(yīng)溶液，其中可溶性鋅鹽和氫氧化物的總量與去離子水的比為0.07g-0.5g∶1ml，加入的混合溶劑與去離子水的體積比為1∶6～1∶1；(2)將步驟(1)反應(yīng)溶液放入反應(yīng)釜中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為110～150℃，反應(yīng)6～12h，自然冷卻至室溫；(3)將產(chǎn)物離心分離，洗滌，在40～60℃，5～12h烘干，得到ZnO納米棒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種氧化鋅ZnO納米棒的制備方法，其特征在于所述步驟(1) 可溶性的鋅鹽為醋酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅或硫酸鋅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種氧化鋅ZnO納米棒的制備方法，其特征在于所述步驟(l) 氫氧化物為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰或氨水。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種氧化鋅ZnO納米棒的制備方法，其特征在于所述步驟(1) 乙二胺與乙醇胺體積比為1:1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種氧化鋅ZnO納米棒的制備方法，其特征在于所述步驟(2) 反應(yīng)溶液的量為反應(yīng)釜體積的1/2~3/4。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種氧化鋅ZnO納米棒的制備方法，其特征在于所述步驟(3) 離心分離的轉(zhuǎn)速為6000 8000 rpm，時(shí)間為5 30 min。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種氧化鋅ZnO納米棒的制備方法，其特征在于所述步驟(3) 用去離子水洗滌產(chǎn)物3 6次，無水乙醇洗漆1 3次。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋅(ZnO)納米棒的制備方法，包括(1)在室溫下，稱取摩爾比為1∶2～1∶4的可溶性鋅鹽和氫氧化物，加入到去離子水中，然后加入體積比為1∶5～5∶1的乙二胺和乙醇胺的混合溶劑；機(jī)械攪拌20～40分鐘，得到澄清的反應(yīng)溶液，其中加入的混合溶劑與去離子水的體積比為1∶6～1∶1；(2)將步驟(1)反應(yīng)溶液放入反應(yīng)釜中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為110～150℃，反應(yīng)6～12h，自然冷卻至室溫；(3)將產(chǎn)物離心分離，洗滌，在40～60℃，5～12h烘干，得到ZnO納米棒。本方面的制備方法簡(jiǎn)單，容易控制，制得的氧化鋅納米棒大小均勻；另外納米顆粒在有機(jī)相中更穩(wěn)定，不易生成雜質(zhì)相。
文檔編號(hào)C01G9/02GK101514029SQ200910048958
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者劉志福, 張青紅, 李耀剛, 王宏志 申請(qǐng)人:東華大學(xué)