一種脲輔助水熱合成氧化鋅納米片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光材料制備領(lǐng)域，涉及一種脲輔助水熱合成氧化鋅納米片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅是一種半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的物化性質(zhì)和良好的光學(xué)、生物、化學(xué)、半導(dǎo)體和力學(xué)性能等，在抗紫外線、熒光、消毒與殺菌、催化劑、電池電極、圖像記錄、傳感器、表面波器件以及耐磨防滑等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。納米氧化鋅晶體是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，室溫下其禁帶隙寬3.37eV。由于顆粒尺寸介于1-100 nm，顆粒比表面積急劇增加，使得氧化鋅納米晶具有其本體塊狀物料所不具備的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，在磁、光、電、敏感性等方面具有一般氧化鋅產(chǎn)品無(wú)法比擬的特殊性能和新用途。但是，這些特殊性能和新用途與其形貌有關(guān)，比如:在光致發(fā)光強(qiáng)度上，片狀結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)明顯優(yōu)于棒狀和花狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅;微球狀氧化鋅在可見光區(qū)具有非常強(qiáng)的熒光；扇面狀氧化鋅的光催化活性大于實(shí)心雙螺帽狀氧化鋅的光催化活性等等。因此，對(duì)氧化鋅納米晶的微觀結(jié)構(gòu)，尤其是形貌進(jìn)行調(diào)控合成，制備不同形貌的納米氧化鋅具有重要理論和實(shí)際意義。
[0003]目前，已經(jīng)有多種方法成功地制備了棒狀、帶狀、花狀和片狀等多種形貌的氧化鋅納米晶。如，CN200510094806.2公開了一種單晶氧化鋅納米紗陣列/多晶鋁襯底復(fù)合體及其制備方法；CN 2 O I O I O 6 O 6 3 4 6.8 )公開了一種納米花狀氧化鋅的制備方法；CN200610117564.9公開了一種利用水熱合成系列花狀氧化鋅微米/納米結(jié)構(gòu)的方法；CN201410012786.9公開了一種有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑及其制備方法，SDS，為模板劑，六水硝酸鋅為鋅源，氫氧化鈉為堿源，進(jìn)行氧化鋅粉末的水熱法制備。氧化鋅納米片的制備也有報(bào)道，如:CN201210134789.0公開了一種片狀氧化鋅納米粉體的室溫固相合成方法，該方法以醋酸鋅和氫氧化鈉為原料，通過(guò)室溫固相研磨反應(yīng)，獲得結(jié)晶度很好的片狀氧化鋅粉體;CN201110045892.3公開了一種珠光色澤草酸鋅和氧化鋅粉末制備方法，向硝酸鋅中加入檸檬酸或檸檬酸鹽，調(diào)節(jié)PH另取草酸銨溶液，將兩種溶液滴入反應(yīng)器中，攪拌、洗滌、烘干得到片狀草酸鋅粉末，煅燒后即可得具有珠光色澤的片狀氧化鋅粉末；CN201510122642.X公開了一種具有紫外光性能的氧化鋅納米片薄膜材料及其制備方法，將清洗過(guò)的襯底置于六水合硝酸鋅溶液與二甲基胺硼脘溶液配制成的前驅(qū)體中，反應(yīng)后將襯底取出沖洗干燥后即可得具有紫外光性能的氧化鋅納米片薄膜材料;CN201010148752.4公開了一種低溫控制合成片狀納米氧化鋅的方法，選用非離子表面活性劑烷基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷、正辛醇和水相組成的四元微乳液，以醋酸鋅和氫氧化鈉為反應(yīng)物，滴加氫氧化鈉的微乳液于醋酸鋅的微乳液中，經(jīng)水熱反應(yīng)、離心分離后，用丙酮、蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌后得到;CN103588239A公開了一種水熱法制備納米氧化鋅的方法，該專利使用水熱法合成路線，在木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑輔助制備了片狀氧化鋅納米材料。CN200810071953.1公開了一種片狀氧化鋅的制備方法，將無(wú)水醋酸鋅分散在甘油中加熱，制備片狀甘油鋅前驅(qū)物；將片狀甘油鋅前驅(qū)物加熱，即可得片狀氧化鋅。
[0004]但是，上述方法所制備的片狀氧化鋅納米片大多是通過(guò)表面活性劑為形貌導(dǎo)向劑，合成出片狀納米ZnO，在合成過(guò)程中用到烷基聚氧乙烯醚等活性劑，含有表面活性劑的反應(yīng)體系后處理麻煩，且對(duì)環(huán)境有不利影響，還有一些方法用到甘油做溶劑，成本高。因此，發(fā)展一條環(huán)境友好、成本低廉的合成路線來(lái)大量制備ZnO納米片，依然具有挑戰(zhàn)性。
[0005]水熱法又稱為熱液法，是指在特制的密閉反應(yīng)器中，采用水溶液作為反應(yīng)體系，通過(guò)對(duì)反應(yīng)體系加熱，產(chǎn)生一個(gè)高溫高壓的環(huán)境，加速離子反應(yīng)和促進(jìn)水解反應(yīng)，在水溶液或者蒸氣流體重制備氧化物，再經(jīng)過(guò)分離和熱處理得到氧化物納米粒子，可使一些在常溫常壓下反應(yīng)速率很慢的熱力學(xué)反應(yīng)在水熱條件下實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)。本發(fā)明人對(duì)此做進(jìn)一步研究，研發(fā)出一種脲輔助水熱合成氧化鋅納米片的方法，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種脲輔助水熱合成氧化鋅納米片的方法，利用最便宜的水為溶劑，以非表面活性劑脲作為形貌導(dǎo)向劑，以可溶性硝酸鋅為鋅源，一步合成高純度、單分散的氧化鋅納米片。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種脲輔助水熱合成氧化鋅納米片的方法，具體步驟如下:
步驟一:在溫度為20°C的條件下，分別用分析天平稱取一定量可溶性鋅鹽和一定量堿于燒杯中，可溶性鋅鹽摩爾量范圍是:0.5-1.0mmol，堿摩爾量是范圍:5-30mmol，量取40.0mL去離子水進(jìn)行均勻攪拌，攪拌均勻后再向其加入一定量脲，脲摩爾量范圍是:1.0-20.0mmol,在磁力攪拌器作用下攪拌至均勻，得到一透明的溶液；
步驟二:將上述溶液轉(zhuǎn)移至潔凈的反應(yīng)釜中；
步驟三:將反應(yīng)釜放入240°C的恒溫干燥箱中，反應(yīng)24-48個(gè)小時(shí)；
步驟四:反應(yīng)結(jié)束后，從恒溫干燥箱中取出反應(yīng)釜，用自來(lái)水冷卻至室溫后，打開反應(yīng)釜，從反應(yīng)釜中取出內(nèi)膽；
步驟五:將內(nèi)膽中的懸濁液加入離心管中，離心分離；
步驟六:往離心管中添加無(wú)水乙醇，超聲10分鐘，再用離心機(jī)分離；
步驟七:重復(fù)步驟六3次，得到固體粉末；
步驟八:將固體粉末置于恒溫干燥箱中，在溫度50-70°C下，干燥6-8小時(shí)。
[0008]進(jìn)一步，可溶性鋅鹽是Zn(NO3)2.6H20或ZnCl2。
[0009]進(jìn)一步，反應(yīng)中采用可分解的形貌導(dǎo)向劑為脲，其摩爾量范圍為:1.0-20.0mmol。
[0010]進(jìn)一步，堿是NaOH。
[0011]進(jìn)一步，在步驟二中，反應(yīng)釜中的反應(yīng)時(shí)間為:24-48h。
[0012]采用上述方案后，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明全部在水溶液中進(jìn)行，且以非表面活性劑脲作為形貌導(dǎo)向劑，避免了現(xiàn)有技術(shù)中使用表面活性劑為形貌導(dǎo)向劑產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，有利于環(huán)境保護(hù)；
2.本方法工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備易操作，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1樣品的掃描電鏡圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2樣品的掃描電鏡圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例3樣品的掃描電鏡圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例4樣品的掃描電鏡圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例5樣品的掃描電鏡圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例6樣品的掃描電鏡圖一；
圖7是本發(fā)明實(shí)施例6樣品的掃描電鏡圖二；
圖8是本發(fā)明實(shí)施例8樣品的掃描電鏡圖；
圖9是本發(fā)明實(shí)施例9樣品的掃描電鏡圖；
圖10是本發(fā)明實(shí)施例10樣品的掃描電鏡圖；
圖11是本發(fā)明實(shí)施例11樣品的掃描電鏡圖；
圖12是本發(fā)明實(shí)施例12樣品的掃描電鏡圖；
圖13是本發(fā)明實(shí)施例13樣品的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。在本發(fā)明的實(shí)施例中所用的試劑均為市面上可以公開購(gòu)買到的。
[0015]實(shí)施例1:
步驟一:在溫度為20°C的條件下，分別用分析天平稱取1.0 mmol Zn(NO3)2.6H20和20.0mmoI NaOH于燒杯中，量取40.0mL去離子水進(jìn)行均勻攪拌，攪拌均勻后再向其加入15.0mmol脲(化學(xué)名稱為碳酰二胺，分子式為CO(NH2) 2)，在磁力攪拌器作用下攪拌至均勻，得到一透明的溶液；
步驟二:將上述溶液轉(zhuǎn)移至潔凈的反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜溫度為240°C;
步驟三:將反應(yīng)釜放入240°C的恒溫干燥箱中，反應(yīng)24個(gè)小時(shí)；
步驟四:反應(yīng)結(jié)束后，從恒溫干燥箱中取出反應(yīng)釜，用自來(lái)水冷卻至室溫后，打開反應(yīng)釜，從反應(yīng)釜中取出內(nèi)膽；
步驟五:將內(nèi)膽中的懸濁液加入離心管中，離心分離；
步驟六:往離心管中添加無(wú)水