專利名稱：一種具有表面修飾的ZnO納米柱材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有表面修飾的ZnO納米柱材料的制備方法。
背景技術(shù)：
ZnO是一種寬禁帶的半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度為3.37 eV，室溫下的激子束縛能高達(dá)60meV，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及良好光電特性。近年來(lái)，各種形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)被相繼的制備出來(lái)，如納米線、納米柱、納米帶、納米管等，這些ZnO納米材料以其獨(dú)特的光電性能迅速引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，使其在光電子器件。尤其是在染料敏化太陽(yáng)電池(DSSC)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。作為染料敏化太陽(yáng)電池光陽(yáng)極材料，一維的ZnO納米線或納米棒已得到廣泛研究。這類(lèi)結(jié)構(gòu)的光陽(yáng)極具有快速的電子直線傳輸通道，能有效避免電子的復(fù)合損耗，但另一方面，這類(lèi)單一的納米結(jié)構(gòu)形態(tài)使得光陽(yáng)極比表面積難以得到有效提高，限制了染料的裝載量，因而電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低。采用本發(fā)明的方法可通過(guò)一步簡(jiǎn)單的水熱合成法制備出表面修飾的ZnO納米柱，取向均一，產(chǎn)率高，同時(shí)具有納米凹坑的表面修飾。制備DSSC光陽(yáng)極過(guò)程中，若同時(shí)添加二氧化鈦納米顆粒(P25)將有效提高DSSC光陽(yáng)極對(duì)染料的吸附能力，P25將自行填充于ZnO納米柱凹坑處，既增強(qiáng)了兩種結(jié)構(gòu)的結(jié)合能力，同時(shí)將有效地降低兩個(gè)界面之間的復(fù)合，進(jìn)而提高DSSC電池的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種具有表面修飾的ZnO納米柱材料的制備方法。一種具有均勻表面修飾的ZnO納米柱材料的制備方法，包括具體步驟如下:a.將 0.02 0.03M 的 Zn (CH3COO) 2 溶液與 0.02 0.03M 的烏洛托品(C6 H12N4)溶液按體積1:1混合均勻，得到混合溶液；b.將步驟a得到的混合溶液倒入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，擰緊后在干燥箱中6(Tl00°C下反應(yīng)6 10小時(shí)；c.反應(yīng)完成后，自然冷卻，將步驟b中的溶液進(jìn)行離心分離，得到ZnO白色粉末，然后在干燥箱中進(jìn)行干燥，得到具有均勻表面修飾的ZnO納米柱材料。本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的方法成本低、可操作性強(qiáng)、低溫容易控制；制備出的具有表面修飾的ZnO納米柱材料，結(jié)構(gòu)形貌均一，將這種均勻生長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用于DSSC中將同時(shí)具備以下兩種優(yōu)勢(shì):ZnO納米柱高的電荷傳輸效率；與P25進(jìn)行物理?yè)诫s制備DSSC光陽(yáng)極材料，因其表面凹坑的修飾將有效提高P25的填充力，增強(qiáng)兩種材料的結(jié)合性能，降低兩種結(jié)構(gòu)的表面界面的復(fù)合，因而將提高DSSC電池的光電轉(zhuǎn)換效率，此ZnO納米柱材料可應(yīng)用于紫外激光、發(fā)光器件以及太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。



圖1為形貌均一且具有表面修飾的ZnO納米柱材料的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種形貌均一且具有表面修飾的ZnO納米柱結(jié)構(gòu)的制備方法。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例一1.配置0.023M的ZnNO3.水溶液20ml于玻璃燒杯中，磁力攪拌至完全分散。2.配置0.022M的烏洛托品水溶液20ml于玻璃燒杯中，磁力攪拌至完全分散。3.將步驟3中的烏洛托品水溶液倒入步驟2的ZnNO3.水溶液中，繼續(xù)攪拌至均勻分散。4.進(jìn)行水熱合成反應(yīng):將步驟3得到的混合溶液倒入反應(yīng)釜中，擰緊后在干燥箱中95°C反應(yīng)8小時(shí)。5.反應(yīng)完成后，自然冷卻，將步驟4中的溶液反復(fù)離心分離得到白色ZnO粉末，最后在干燥箱中進(jìn)行干燥以待使用。

6.將步驟5中ZnO白色粉末粘上導(dǎo)電膠導(dǎo)通于樣品臺(tái)上，進(jìn)行SEM測(cè)試，樣品形貌如圖1所示。實(shí)施例二1.配置0.024M的ZnNO3.水溶液20ml于玻璃燒杯中，磁力攪拌至完全分散。2.配置0.023M的烏洛托品水溶液20ml于玻璃燒杯中，磁力攪拌至完全分散。
3.將步驟3中的烏洛托品水溶液倒入步驟2的ZnNO3.水溶液中，繼續(xù)攪拌至均勻分散。4.進(jìn)行水熱合成反應(yīng):將步驟3得到的混合溶液倒入反應(yīng)釜中，擰緊后在干燥箱中85°C反應(yīng)9小時(shí)。5.反應(yīng)完成后，自然冷卻，將步驟4中的溶液反復(fù)離心分離得到白色ZnO粉末，最后在干燥箱中進(jìn)行干燥以待使用。
權(quán)利要求
1.一種具有均勻表面修飾的ZnO納米柱材料的制備方法，其特征在于，包括具體步驟如下: a.將0.02 0.03M的Zn (CH3COO) 2溶液與0.02 0.03M的烏洛托品溶液按體積1:1混合均勻，得到混合溶液； b.將步驟a得到的混合溶液倒入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，擰緊后在干燥箱中6(Tl00°C下反應(yīng)6 10小時(shí)； c.反應(yīng)完成后，自然冷卻，將步驟b中的溶液進(jìn)行離心分離，得到ZnO白色粉末，然后在干燥箱中進(jìn)行干燥，得到具有均勻表面修飾的ZnO納米柱材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域的一種具有均勻表面修飾的ZnO納米柱材料的制備方法，此方法使Zn(CH3COO)2、烏洛托品水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，制備的ZnO納米柱材料結(jié)構(gòu)形貌均一，且具有排列均勻的凹坑進(jìn)行表面修飾。將此材料與P25進(jìn)行物理?yè)诫s，得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)兼具了ZnO納米柱的電子直線傳輸通道功能，又因P25的加入提高光陽(yáng)極的比表面積，P25可很好的填充于氧化鋅納米柱表面的凹坑中，保證了高的電子傳輸效率以及大的染料吸附能力，增強(qiáng)了兩種材料的表面接觸，降低了兩種結(jié)構(gòu)之間的界面復(fù)合。相對(duì)于單純的氧化鋅納米柱更有益于提高DSSC的開(kāi)路電壓和短路電流。
文檔編號(hào)C01G9/02GK103101965SQ20131006460
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者李美成, 姜永健, 李曉丹, 余悅, 趙興, 余航 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)