一種微波萃取合成紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明的提供了一種微波萃取合成紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的方法，其特征在于：該方法以摩爾配比為Zn(NO3)2·6H2O：Zn(CH3COO)2·2H2O＝1:1的復(fù)合鋅鹽作為初始原料，溶解后制得前軀體溶液；將前軀體溶液放入微波消解·萃取·合成工作站的微波反應(yīng)室中制得紡錘花狀結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料。本發(fā)明的方法采用復(fù)合鋅鹽作為初始原料，才使得微波萃取合成的制備工藝能夠應(yīng)用到紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的制備中來，才能合成出所需要的目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明的方法采用微波萃取合成的制備工藝，反應(yīng)在液相環(huán)境中一次完成，反應(yīng)時間短，周期快，安全性好，不需要復(fù)雜的后期處理。
【專利說明】
一種微波萃取合成紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，涉及自錨式懸索橋，具體涉及ZnO納米材料，具體涉及一種微波萃取合成紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅(ZnO)是一種新型的I1-VI族直接禁帶半導(dǎo)體材料，具有較大的禁帶寬度(3.37eV)和激子束縛能(60meV)，因其禁帶寬度對應(yīng)紫外光的波長，并具有擊穿電壓高、維持電場能力強(qiáng)、電子噪聲小、可承受功率高等優(yōu)點(diǎn)，因此氧化鋅在藍(lán)光激光器、發(fā)光二極管、顯示器件以及太陽能電池等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。作為一種非常有前景的半導(dǎo)體材料，氧化鋅引起了全世界范圍的研宄興趣。由于納米材料的性能、應(yīng)用與他們的形貌結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，氧化鋅納米材料的形貌控制一直是該材料研宄領(lǐng)域的熱點(diǎn)。迄今為止，在一定的反應(yīng)條件下，已成功制備出ZnO納米棒、納米線、納米球、納米片、四針狀納米ZnO、樹枝狀納米ZnO、50花狀納米ZnO等許多具有特殊形貌的晶體。
[0003]近年來，制備納米氧化鋅的方法主要有分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、激光沉積法、濺射法、熱蒸發(fā)法、溶膠-凝膠法、水熱/溶劑熱法等方法。這些方法可主要?dú)w結(jié)為氣相合成法和液相合成法，其中氣相合成法的成本較高、可控性較差且需要精密的實(shí)驗(yàn)條件，不適合大規(guī)模生產(chǎn)；液相法中，雖然水熱法成本低廉、操作簡單、環(huán)保，但也存在制備周期長、安全性差的缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的目標(biāo)，有必要開發(fā)生產(chǎn)成本低、操作簡單、安全性好、制備周期短的納米氧化鋅的制備工藝。
[0004]近年來，關(guān)于ZnO納米材料的制備及應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的研宄?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)采用了微波輔助水熱法制備出了花狀的ZnO納米材料。該方法是將混合溶液在型號為GALANZ WD800 (B123)的微波爐中用800W的功率輻射8min，再超聲30min，之后自然冷卻，過濾，烘干在130°C下5h.這種方法不能采用密閉的反應(yīng)環(huán)境，因此容易造成樣品的污染，以及造成環(huán)境的危害，且在微波爐中并沒有控制反應(yīng)溫度，說明此種方法不容易控制反應(yīng)溫度。在微波輔助水熱后需進(jìn)行超聲使樣品分散看來，說明該實(shí)驗(yàn)方法制備的樣品容易團(tuán)聚在一起形成大塊狀。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種不需要后期處理、操作簡單、安全性好、制備周期短的紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的微波萃取合成的制備方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]一種微波萃取合成紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的方法，該方法以硝酸鋅和醋酸鋅的復(fù)合鋅鹽作為初始原料，溶解后制得前軀體溶液；將前軀體溶液放入密封的微波反應(yīng)室中微波加熱制得紡錘花狀結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料。
[0008]其中，所述的前軀體溶液中的復(fù)合鋅鹽的摩爾配比為:硝酸鋅:醋酸鋅=(I?2):1。
[0009]具體地，該方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0010]步驟一，按照摩爾配比為硝酸鋅:醋酸鋅=(I?2):1配置復(fù)合鋅鹽，溶于去離子水中，在室溫下持續(xù)攪拌均勻配制成復(fù)合鋅鹽溶液；
[0011]步驟二，將C6H12N4溶于去離子水支撐溶液，在攪拌的過程中將C 6H12N4溶液緩慢滴入復(fù)合鋅鹽溶液中；
[0012]步驟三，調(diào)節(jié)溶液的pH = 10?12，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液；
[0013]步驟四，制備的前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中，然后將微波反應(yīng)室密封，使溫度控制在100°C?160°C，保溫15min?30min后冷卻至室溫；
[0014]步驟五，將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH =7，烘干過濾后的產(chǎn)物，得到紡錘花狀結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料。
[0015]為了制備目標(biāo)產(chǎn)物，上述方法合適的條件如下
[0016]所述的前軀體溶液中Zn2+濃度為0.01mol/L?0.05mol/Lo
[0017]所述的前軀體溶液中的摩爾比為C6H12N4:Zn2+= (O?1.0):1。
[0018]所述的前軀體溶液在密封的微波反應(yīng)室中的填充率為50%，該填充率下加熱后的壓力才能制備出本申請的目標(biāo)化合物，在微波消解.萃取.合成工作站中實(shí)現(xiàn)上述密封加熱加壓。
[0019]步驟三中用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH = 10?12，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液。
[0020]一個優(yōu)選的例子，上述方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0021]步驟一，按照摩爾配比為硝酸鋅:醋酸鋅=4:3配置復(fù)合鋅鹽，溶于去離子水中，在室溫下持續(xù)攪拌均勻配制成復(fù)合鋅鹽溶液；
[0022]步驟二，將C6H12N4溶于去離子水支撐溶液，在攪拌的過程中將C 6H12N4溶液緩慢滴入復(fù)合鋅鹽溶液中，使得前軀體溶液中的摩爾比為C6H12N4:Zn2+= 0.5:1 ；
[0023]步驟三，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH = 12，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液；
[0024]步驟四，制備的前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中，然后將微波反應(yīng)室密封，放入微波消解.萃取.合成工作站中，使溫度控制在100°c，保溫30min后冷卻至室溫；
[0025]步驟五，將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH =7，烘干過濾后的產(chǎn)物，得到紡錘花狀結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料。
[0026]另一個優(yōu)選的例子，上述方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0027]步驟一，按照摩爾配比為硝酸鋅:醋酸鋅=1:1配置復(fù)合鋅鹽，溶于去離子水中，在室溫下持續(xù)攪拌均勻配制成復(fù)合鋅鹽溶液；
[0028]步驟二，將C6H12N4溶于去離子水支撐溶液，在攪拌的過程中將C 6H12N4溶液緩慢滴入復(fù)合鋅鹽溶液中，使得前軀體溶液中的摩爾比為C6H12N4:Zn2+= 0.5:1 ；
[0029]步驟三，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH = 11，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液；
[0030]步驟四，制備的前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中，然后將微波反應(yīng)室密封，放入微波消解.萃取.合成工作站中，使溫度控制在160°C，保溫15min后冷卻至室溫；
[0031]步驟五，將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH =7，烘干過濾后的產(chǎn)物，得到紡錘花狀結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料。
[0032]上述方法中，目標(biāo)產(chǎn)物所述的紡錘花狀結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料單晶的直徑約為100?1200nm，長度約為I?5 μ m。
[0033]本發(fā)明的方法與現(xiàn)有的方法相比，具有如下有益技術(shù)效果:
[0034]本發(fā)明的方法采用復(fù)合鋅鹽作為初始原料，才使得微波萃取合成的制備工藝能夠應(yīng)用到紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的制備中來，才能合成出所需要的目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明的方法采用微波萃取合成的制備工藝，反應(yīng)在液相環(huán)境中一次完成，反應(yīng)時間短，周期快，安全性好，不需要復(fù)雜的后期處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3的X射線衍射圖譜。
[0036]圖2是本發(fā)明為實(shí)施例1所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的典型正面掃描電子顯微鏡照片。
[0037]圖3本發(fā)明為實(shí)施例2所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的典型正面掃描電子顯微鏡照片。
[0038]圖4本發(fā)明為實(shí)施例3所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的典型正面掃描電子顯微鏡照片。
[0039]圖5是本發(fā)明為實(shí)施例4所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的典型正面掃描電子顯微鏡照片。
[0040]圖6本發(fā)明為實(shí)施例5所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的典型正面掃描電子顯微鏡照片。
[0041]圖7本發(fā)明為實(shí)施例6所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的典型正面掃描電子顯微鏡照片。
[0042]圖8為對比例I得到的ZnO納米材料典型正面掃描電子顯微鏡照片。
[0043]圖9為對比例2得到的ZnO納米材料典型正面掃描電子顯微鏡照片。
[0044]圖10為對比例3得到的ZnO納米材料典型正面掃描電子顯微鏡照片。
[0045]圖11為對比例4得到的ZnO納米材料典型正面掃描電子顯微鏡照片。
[0046]圖12為對比例5得到的ZnO納米材料典型正面掃描電子顯微鏡照片。
[0047]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

【具體實(shí)施方式】
[0048]本申請中的微波消解.萃取.合成工作站采用MDS-10型微波消解?萃取?合成工作站。微波萃取合成方法指的是用微波作為對反應(yīng)物的加熱源，屬于液相反應(yīng)法的范疇。微波是頻率在300MHz?300GHz之間的電磁波，具有波長短、頻率高和穿透性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，因微波的能量可以直接傳遞給分子，不必加熱所有材料，而使得微波反應(yīng)體系具有以下優(yōu)點(diǎn):加熱速度快、受熱均勻且無溫度梯度，克服了水熱法的反應(yīng)容器受熱不均勻的缺點(diǎn)；反應(yīng)簡單靈敏、節(jié)能高效，克服了水熱法制備周期長的缺點(diǎn)；溫度可控性好，并且操作簡單、安全性好、反應(yīng)體系密封而無污染，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0049]為了制備本申請的目標(biāo)化合物紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料，本申請的發(fā)明人做了大量實(shí)驗(yàn)，在前期工作中，將微波萃取合成方法引入，并不能夠制得到理想的錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料目標(biāo)產(chǎn)物，后期經(jīng)過大量探索性實(shí)驗(yàn)，最終才確定了本申請的兩種鋅鹽在本申請的特定配比下作為復(fù)合鋅鹽，才能夠制備得到所需要的目標(biāo)產(chǎn)物。
[0050]本發(fā)明的紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的形成機(jī)理是:ZnO晶體的形成包括成核和生長兩過程，將氨水滴加到混合前驅(qū)體溶液中形成大量的絡(luò)合離子Zn(NH3)4' Zn(NH3)42+是ZnO晶體生長的基元。在微波萃取合成初期，生長基元Zn (NH3)42+首先形成能調(diào)整核子幾何配置狀態(tài)的多個核子多孿生中心核，溫度維持在90°C時，當(dāng)過飽和度超過臨界值時，多孿晶ZnO核中的單核子迅速長大且沿著c-axis擇優(yōu)取向生長。隨后，當(dāng)溫度達(dá)到升高時，極性和非極性表面更快長大。一般來說，越快速的增長的面，越快的消失。正如我們所知，ZnO晶體的(0001)方向的最大增長率。因此，ZnO極性面快速消失在微波萃取合成過程中，導(dǎo)致ZnO晶體沿(0001) c-axis方向生長結(jié)束。因此，紡錘花狀的ZnO納米材料生成。
[0051]遵從上述技術(shù)方案，以下給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0052]實(shí)施例1:
[0053]本實(shí)施例給出一種微波萃取合成紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的方法，具體按照以下步驟進(jìn)行:
[0054]步驟一，按摩爾比2:1稱取0.3564g的六水合硝酸鋅和0.1317g的二水合醋酸鋅，將兩種鋅源混合置于燒杯A中，并用60ml去離子水溶解，形成Zn2+濃度為0.03mol/L的透明溶液；
[0055]步驟二，本實(shí)施例中不加入C6H12N4溶液；
[0056]步驟三，將燒杯A中混合鋅鹽溶液在室溫下持續(xù)勻速攪拌，并用含量為25%?28%的氨水調(diào)節(jié)溶液的pH = 10，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液；
[0057]步驟四，用量筒稱取50ml前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中并密封，其均勻穩(wěn)定的混合前驅(qū)體溶液在反應(yīng)釜的填充度為50%，放入MDS-10型微波消解.萃取.合成工作站中，選擇溫控模式，在120 °C下反應(yīng)20min ；
[0058]步驟五，將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH =7，在60°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干過濾后的產(chǎn)物。
[0059]最后采用XRD和SEM對產(chǎn)物的形態(tài)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，表征結(jié)果如圖1和圖2所示，從圖1中可以看出，樣品均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO，即紡錘花裝ZnO。從圖2可以看出，所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料形態(tài)均一、分布均勻，錐狀納米單晶的直徑約為200?500nm，長度約為I?2 μπι。
[0060]實(shí)施例2:
[0061]本實(shí)施例給出一種微波萃取合成紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的方法，具體按照以下步驟進(jìn)行:
[0062]步驟一，按摩爾比1:1稱取0.0891g的六水合硝酸鋅和0.0659g的二水合醋酸鋅，將兩種鋅源混合置于燒杯A中，并用20ml去離子水溶解，形成透明溶液；
[0063]步驟二，稱取0.084g的六次甲基四胺置于燒杯B中，用20ml去離子水溶解，形成透明溶液；
[0064]將燒杯A中混合鋅鹽溶液在室溫下持續(xù)勻速攪拌，將燒杯B中六次甲基四胺溶液緩慢滴入燒杯A中，兩次分別用1ml的去離子水洗滌燒杯B，并將洗滌液緩慢滴入燒杯A中，配置成的均勻穩(wěn)定混合的溶液的成Zn2+濃度為0.0lmol/L，C6H12N4的濃度為0.0lmol/L，其中摩爾比為C6H12N4-Zn2+= I:1 ；
[0065]步驟三，將燒杯A中混合鋅鹽溶液在室溫下持續(xù)勻速攪拌，并用含量為25%?28%的氨水調(diào)節(jié)溶液的pH = 11，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液；
[0066]步驟四，用量筒稱取50ml前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中并密封，其均勻穩(wěn)定的混合前驅(qū)體溶液在反應(yīng)釜的填充度為50%，放入MDS-10型微波消解.萃取.合成工作站中，選擇溫控模式，在160°C下反應(yīng)15min ；
[0067]步驟五，將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH =7，在60°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干過濾后的產(chǎn)物。
[0068]最后采用XRD和SEM對產(chǎn)物的形態(tài)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，表征結(jié)果如圖1和圖3所示，從圖1中可以看出，樣品均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO，即紡錘花裝ZnO。從圖3可以看出，所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料形態(tài)均一、分布均勻，錐狀納米單晶的直徑約為200?100nm,長度約為I?2 μ m。
[0069]實(shí)施例3:
[0070]本實(shí)施例給出一種微波萃取合成紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的方法，具體按照以下步驟進(jìn)行:
[0071]步驟一，按摩爾比4:3稱取0.5091g的六水合硝酸鋅和0.2822g的二水合醋酸鋅，將兩種鋅源混合置于燒杯A中，并用20ml去離子水溶解，形成透明溶液；
[0072]步驟二，稱取0.21g的六次甲基四胺置于燒杯B中，用20ml去離子水溶解，形成透明溶液；
[0073]將燒杯A中混合鋅鹽溶液在室溫下持續(xù)勻速攪拌，將燒杯B中六次甲基四胺溶液緩慢滴入燒杯A中，兩次分別用1ml的去離子水洗滌燒杯B，并將洗滌液緩慢滴入燒杯A中，配置成的均勻穩(wěn)定混合的溶液的成Zn2+濃度為0.05mol/L, C 6H12N4的濃度為0.025mol/L，其中摩爾比為 C6H12N4-Zn 2+= 0.5:1 ；
[0074]步驟三，將燒杯A中混合鋅鹽溶液在室溫下持續(xù)勻速攪拌，并用含量(即質(zhì)量分?jǐn)?shù))為25%?28%的氨水調(diào)節(jié)溶液的pH = 12，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液；
[0075]步驟四，用量筒稱取50ml前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中并密封，其均勻穩(wěn)定的混合前驅(qū)體溶液在反應(yīng)釜的填充度為50%，放入MDS-10型微波消解.萃取.合成工作站中，選擇溫控模式，在100°c下反應(yīng)30min ；
[0076]步驟五，將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH =7，在60°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干過濾后的產(chǎn)物。
[0077]最后采用XRD和SEM對產(chǎn)物的形態(tài)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，表征結(jié)果如圖1和圖4所示，從圖1中可以看出，樣品均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO，即紡錘花裝ZnO。從圖4可以看出，所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料形態(tài)均一、分布均勻，錐狀納米單晶的直徑約為200?100nm,長度約為2?4 μ m。
[0078]實(shí)施例4:
[0079]本實(shí)施例的制備過程與實(shí)施例1相似，區(qū)別之處在于，按摩爾比1:1稱取0.2677g的六水合硝酸鋅和0.1976g的二水合醋酸鋅，將兩種鋅源混合置于燒杯A中，并用60ml去離子水溶解，形成Zn2+濃度為0.03mol/L的透明溶液；最后采用SEM對產(chǎn)物的形態(tài)進(jìn)行表征，表征結(jié)果圖5所示:從圖5可以看出，所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料形態(tài)均一、分布均勻，錐狀納米單晶的直徑約為200?700nm，長度約為I?3 μπι。
[0080]實(shí)施例5:
[0081]本實(shí)施例的制備過程與實(shí)施例2相似，區(qū)別之處在于，稱取0.042g的六次甲基四胺，配置成的均勻穩(wěn)定混合的溶液的成Zn2+濃度為0.0lmol/L，C 6H12N4的濃度為0.005mol/L，其中摩爾比為C6H12N4-Zn2+= 0.5:1 ;最后采用SEM對產(chǎn)物的形態(tài)進(jìn)行表征，表征結(jié)果圖6所示:從圖6可以看出，所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料形態(tài)均一、分布均勻，錐狀納米單晶的直徑約為400?1200nm，長度約為I?4 μπι。
[0082]實(shí)施例6:
[0083]本實(shí)施例制備過程與實(shí)施例3相似，區(qū)別之處在于，按摩爾比1:1稱取4455g的六水合硝酸鋅和0.3293g的二水合醋酸鋅配置成Zn2+濃度為0.05mol/L的混合鋅鹽溶液；最后采用SEM對產(chǎn)物的形態(tài)進(jìn)行表征，表征結(jié)果圖7所示:從圖7可以看出，所制備的花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料形態(tài)均一、分布均勻，錐狀納米單晶的直徑約為100?lOOOnm，長度約為I ?5 μ m0
[0084]在確定本發(fā)明的工藝過程的試驗(yàn)中，鋅鹽的選擇試驗(yàn)得到的產(chǎn)物形貌不符合本發(fā)明對產(chǎn)物的形貌要求，現(xiàn)抽取如下幾個對比例進(jìn)行說明。
[0085]對比例1:
[0086]I)稱取0.1782g的六水合硝酸鋅置于燒杯A中，并用60ml去離子水溶解，形成Zn2+濃度為0.01mol/L的透明溶液；
[0087]2)將燒杯A中鋅鹽溶液在室溫下持續(xù)勻速攪拌，并用含量為25%?28%的氨水調(diào)節(jié)溶液的PH = 11，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液；
[0088]3)用量筒稱取50ml前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中并密封，其均勻穩(wěn)定的混合前驅(qū)體溶液在反應(yīng)釜的填充度為50%，放入MDS-10型微波消解.萃取.合成工作站中，選擇溫控模式，在160°C下反應(yīng)20min ；
[0089]4)將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH = 7，在60°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干過濾后的產(chǎn)物，最后采用SEM對產(chǎn)物的形態(tài)進(jìn)行表征，如圖8所示，所制備的ZnO納米材料為有一定長徑比的分散的ZnO納米棒。
[0090]對比例2:
[0091]I)按摩爾比2:3稱取0.0713g的六水合硝酸鋅和0.0790g的二水合醋酸鋅，將兩種鋅源混合置于燒杯A中，并用20ml去離子水溶解，形成透明溶液；
[0092]2)稱取0.0840g的六次甲基四胺置于燒杯B中，分別用20ml去離子水溶解，形成透明溶液；
[0093]3)將燒杯A中混合鋅鹽溶液在室溫下持續(xù)勻速攪拌，將燒杯B中六次甲基四胺溶液緩慢滴入燒杯A中，兩次分別用1ml的去離子水洗滌燒杯B，并將洗滌液緩慢滴入燒杯A中，配置成的均勻穩(wěn)定混合的溶液的成Zn2+濃度為0.0Imo 1/L，C6H12N4的濃度為0.0lmol/L，其中摩爾比為 C6H12N4:Zn2+= I:1 ；
[0094]4)將燒杯A中混合鋅鹽溶液在室溫下持續(xù)勻速攪拌，并用含量為25%?28%的氨水調(diào)節(jié)溶液的PH = 10，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液；
[0095]5)用量筒稱取50ml前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中并密封，其均勻穩(wěn)定的混合前驅(qū)體溶液在反應(yīng)釜的填充度為50%，放入MDS-1O型微波消解.萃取.合成工作站中，選擇溫控模式，在160°C下反應(yīng)20min ；
[0096]6)將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH = 7，在60°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干過濾后的產(chǎn)物，最后采用SEM對產(chǎn)物的形態(tài)進(jìn)行表征，如圖9所示，所制備的ZnO納米材料，有些為分散的ZnO納米棒堆積結(jié)構(gòu)，有些成短棒狀花狀結(jié)構(gòu)。
[0097]另外，在確定本發(fā)明的工藝參數(shù)過程的試驗(yàn)中，一些參數(shù)的選擇試驗(yàn)得到的產(chǎn)物形貌不符合本發(fā)明對產(chǎn)物的形貌要求，現(xiàn)抽取如下幾個對比例進(jìn)行說明:
[0098]對比例3:
[0099]I)按摩爾比1:1稱取0.0891g的六水合硝酸鋅和0.0659g的二水合醋酸鋅，將兩種鋅源混合置于燒杯A中，并用60ml去離子水溶解，形成Zn2+濃度為0.0lmol/L的透明溶液；
[0100]2)將燒杯A中混合鋅鹽溶液在室溫下持續(xù)勻速攪拌，并用含量為25%?28%的氨水調(diào)節(jié)溶液的PH = 9，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液；
[0101]3)用量筒稱取50ml前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中并密封，其均勻穩(wěn)定的混合前驅(qū)體溶液在反應(yīng)釜的填充度為50%，放入MDS-10型微波消解.萃取.合成工作站中，選擇溫控模式，在160°C下反應(yīng)20min ；
[0102]4)將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH = 7，在60°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干過濾后的產(chǎn)物，最后采用SEM對產(chǎn)物的形態(tài)進(jìn)行表征，，如圖10所示，所制備的ZnO納米材料為形貌均勾、有一定長徑比的分散的ZnO納米棒。
[0103]對比例4:
[0104]I)按摩爾比1:1稱取0.5346g的六水合硝酸鋅和0.3951g的二水合醋酸鋅，將兩種鋅源混合置于燒杯A中，并用20ml去離子水溶解，形成透明溶液；
[0105]2)稱取0.1680g的六次甲基四胺置于燒杯B中；并分別用20ml去離子水溶解，形成透明溶液；
[0106]3)將燒杯A中混合鋅鹽溶液在室溫下持續(xù)勻速攪拌，將燒杯B中六次甲基四胺溶液緩慢滴入燒杯A中，兩次分別用1ml的去離子水洗滌燒杯B，并將洗滌液緩慢滴入燒杯A中，配置成的均勻穩(wěn)定混合的溶液的成Zn2+濃度為0.06mol/L，C6H12N4的濃度為0.02mol/L，其中摩爾比為 C6H12N4:Zn2+= I:3 ；
[0107]4)用含量為25%?28%的氨水調(diào)節(jié)步驟2)所得溶液的pH = 9，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液；
[0108]5)用量筒稱取50ml前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中并密封，其均勻穩(wěn)定的混合前驅(qū)體溶液在反應(yīng)釜的填充度為50%，放入MDS-10型微波消解.萃取.合成工作站中，選擇溫控模式，在160°C下反應(yīng)15min ；
[0109]6)將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH = 7，在60°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干過濾后的產(chǎn)物，最后采用SEM對產(chǎn)物的形態(tài)進(jìn)行表征，，如圖11所示，所制備的ZnO納米材料為形貌均勾、有一定長徑比的分散的ZnO納米棒。
[0110]對比例5:
[0111]I)按摩爾比1:1稱取0.4455g的六水合硝酸鋅和0.3293g的二水合醋酸鋅，將兩種鋅源混合置于燒杯A中，并用20ml去離子水溶解，形成透明溶液；
[0112]2)稱取0.5040g的六次甲基四胺置于燒杯B中；并分別用20ml去離子水溶解，形成透明溶液；
[0113]3)將燒杯A中混合鋅鹽溶液在室溫下持續(xù)勻速攪拌，將燒杯B中六次甲基四胺溶液緩慢滴入燒杯A中，兩次分別用1ml的去離子水洗滌燒杯B，并將洗滌液緩慢滴入燒杯A中，配置成的均勻穩(wěn)定混合的溶液的成Zn2+濃度為0.05mol/L，C6H12N4的濃度為0.06mol/L,其中摩爾比為 C6H12N4:Zn2+= 1.2:1 ；
[0114]4)用含量為25%?28%的氨水調(diào)節(jié)步驟2)所得溶液的pH = 8，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液；
[0115]5)用量筒稱取50ml前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中并密封，其均勻穩(wěn)定的混合前驅(qū)體溶液在反應(yīng)釜的填充度為50%，放入MDS-10型微波消解.萃取.合成工作站中，選擇溫控模式，在160°C下反應(yīng)25min ；
[0116]6)將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH = 7，在60°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干過濾后的產(chǎn)物，最后采用SEM對產(chǎn)物的形態(tài)進(jìn)行表征，，如圖12所示，所制備的ZnO納米材料為兩頭為尖錐狀，中間成棒狀的直徑不均勻的分散的ZnO納米棒。
【權(quán)利要求】
1.一種微波萃取合成紡錘花狀結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的方法，其特征在于: 該方法以硝酸鋅和醋酸鋅的復(fù)合鋅鹽作為初始原料，溶解后制得前軀體溶液； 將前軀體溶液放入密封的微波反應(yīng)室中微波加熱制得紡錘花狀結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的前軀體溶液中的復(fù)合鋅鹽的摩爾配比為:硝酸鋅:醋酸鋅=(I?2):1。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:該方法按照以下步驟進(jìn)行: 步驟一，按照摩爾配比為硝酸鋅:醋酸鋅=(I?2):1配置復(fù)合鋅鹽，溶于去離子水中，在室溫下持續(xù)攪拌均勻配制成復(fù)合鋅鹽溶液； 步驟二，將C6H12N4溶于去離子水支撐溶液，在攪拌的過程中將C 6H12N4溶液緩慢滴入復(fù)合鋅鹽溶液中； 步驟三，調(diào)節(jié)溶液的pH = 10?12，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液； 步驟四，制備的前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中，然后將微波反應(yīng)室密封，使溫度控制在100°C?160°C，保溫15min?30min后冷卻至室溫； 步驟五，將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液PH = 7，烘干過濾后的產(chǎn)物，得到紡錘花狀結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述的前軀體溶液中Zn2+濃度為0.0lmol/L ?0.05mol/Lo
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述的前軀體溶液中的摩爾比為C6H12N4:Zn2+= (O ?1.0):1。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的前軀體溶液在密封的微波反應(yīng)室中的填充率為50%。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:步驟三中用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH= 10?12，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:該方法按照以下步驟進(jìn)行: 步驟一，按照摩爾配比為硝酸鋅:醋酸鋅=4:3配置復(fù)合鋅鹽，溶于去離子水中，在室溫下持續(xù)攪拌均勻配制成復(fù)合鋅鹽溶液； 步驟二，將C6H12N4溶于去離子水支撐溶液，在攪拌的過程中將C 6H12N4溶液緩慢滴入復(fù)合鋅鹽溶液中，使得前軀體溶液中的摩爾比為C6H12N4:Zn2+= 0.5:1 ； 步驟三，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH = 12，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液； 步驟四，制備的前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中，然后將微波反應(yīng)室密封，放入微波消解.萃取.合成工作站中，使溫度控制在100°C，保溫30min后冷卻至室溫； 步驟五，將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液PH = 7，烘干過濾后的產(chǎn)物，得到紡錘花狀結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:該方法按照以下步驟進(jìn)行: 步驟一，按照摩爾配比為硝酸鋅:醋酸鋅=1:1配置復(fù)合鋅鹽，溶于去離子水中，在室溫下持續(xù)攪拌均勻配制成復(fù)合鋅鹽溶液； 步驟二，將C6H12N4溶于去離子水支撐溶液，在攪拌的過程中將C 6H12N4溶液緩慢滴入復(fù)合鋅鹽溶液中，使得前軀體溶液中的摩爾比為C6H12N4:Zn2+= 0.5:1 ； 步驟三，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH = 11，得到均勻穩(wěn)定的前軀體溶液； 步驟四，制備的前軀體溶液轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)室中，然后將微波反應(yīng)室密封，放入微波消解.萃取.合成工作站中，使溫度控制在160°C，保溫15min后冷卻至室溫； 步驟五，將反應(yīng)所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌并過濾，直至濾液pH = 7，烘干過濾后的產(chǎn)物，得到紡錘花狀結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料。
10.如權(quán)利要求1至9任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于:所述的紡錘花狀結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料單晶的直徑約為100?1200nm，長度約為1?5 μπι。
【文檔編號】B82Y40/00GK104445366SQ201410629058
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】贠江妮, 張志勇, 尹鐵恩, 趙倩, 呂媛媛, 閆軍鋒, 趙武 申請人:西北大學(xué)