一種納米花狀氧化鋅的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米花狀氧化鋅的制備方法，具體包括以下步驟：配制的鋅鹽水溶液；將堿溶液滴加到鋅鹽水溶液中直至鋅鹽水溶液呈強堿性，形成反應(yīng)液；將上述反應(yīng)液置于水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯中；旋緊水熱反應(yīng)釜，置于烘箱中反應(yīng)；取出水熱反應(yīng)釜并在室溫下冷卻，反應(yīng)液離心得到白色沉淀物，將白色沉淀物分別用無水乙醇和去離子水交替清洗；將清洗后的白色沉淀物置于烘箱中60-100℃烘干，獲得納米花狀結(jié)構(gòu)的ZnO粉末，花瓣為厚度為30nm左右的納米片。本發(fā)明具有原料易得、設(shè)備工藝簡單、產(chǎn)率高、制備成本低等特點，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】 一種納米花狀氧化鋅的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)，特別是涉及一種納米花狀氧化鋅的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅是一種重要的寬禁帶半導體材料，由于其特殊的結(jié)構(gòu)使得該材料在催化、光學、磁學、力學等方面展現(xiàn)出許多特殊功能，被廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管、氣體傳感器、紫外探測器等光電子領(lǐng)域。納米氧化鋅由于其尺寸介于原子簇和宏觀微粒之間，具有納米材料的體積(小尺寸)效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，在光、電、氣敏、抗菌消毒、紫外線屏蔽等方面具備普通氧化鋅產(chǎn)品所不具備的特殊功能。近年來有關(guān)氧化鋅納米材料的制備、性能以及應(yīng)用研宄受到廣泛的關(guān)注。由于材料的結(jié)構(gòu)和形貌與材料的性能密切相關(guān)，ZnO納米材料的形貌可控制備仍然是ZnO材料研宄領(lǐng)域的一個熱點。目前制備ZnO納米材料的方法有很多，比如金屬有機化學氣相沉積、水熱法、溶膠-凝膠法、電沉積法等。其中水熱法具有簡單可控的優(yōu)點備受關(guān)注，因此控制水反應(yīng)條件，制備良好的晶相和特殊形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)粉體具有重要的現(xiàn)實意義。在現(xiàn)有的水熱合成ZnO納米花狀結(jié)構(gòu)中，通常在前驅(qū)體溶液中加入輔助試劑來控制形貌，或者在合成過程中通過其他的輔助處理手段得到納米花狀的ZnO材料。上述制作方法操作繁瑣、可控性低、成本較高且容易對終產(chǎn)物產(chǎn)生污染；制作的納米花狀氧化鋅形貌完整度較差、粒度不均勻、純度較低，阻礙了花狀納米氧化鋅的大規(guī)模應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種納米花狀氧化鋅的水熱制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種納米花狀氧化鋅的制備方法，包括以下步驟:
[0004]A、配制0.15-0.4mol/L的鋅鹽水溶液，其中鋅鹽選自硫酸鋅、二水合醋酸鋅、氯化鋅或六水合硝酸鋅；
[0005]B、將堿溶液滴加到鋅鹽水溶液中直至鋅鹽水溶液呈強堿性，形成反應(yīng)液，其中堿溶液為氫氧化鉀或氫氧化鈉，反應(yīng)液的pH值范圍為11-12 ；
[0006]C、將上述反應(yīng)液置于水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯中；旋緊水熱反應(yīng)釜，置于烘箱中于120-200°C反應(yīng) 2-5h ；
[0007]D、取出水熱反應(yīng)釜并在室溫下冷卻，反應(yīng)液離心得到白色沉淀物，將白色沉淀物分別用無水乙醇和去離子水交替清洗；
[0008]E、將清洗后的白色沉淀物置于烘箱中60-100°C烘干，獲得納米花狀結(jié)構(gòu)的ZnO粉末。
[0009]優(yōu)選的，所述納米花狀ZnO是由納米片單元的花瓣結(jié)構(gòu)組成的花狀結(jié)構(gòu)，其中花_結(jié)構(gòu)的厚度為20nm-40nm。
[0010]優(yōu)選的，所述納米花狀ZnO的花瓣結(jié)構(gòu)的厚度為30nm。
[0011]優(yōu)選的，所述納米花狀ZnO的粒徑范圍為l-2um。
[0012]優(yōu)選的，所述水熱反應(yīng)釜的內(nèi)襯為四氟乙烯。
[0013]優(yōu)選的，步驟C中，水熱反應(yīng)的升溫速率為10-30°C /min。
[0014]本制備方法制得的氧化鋅納米粉體為純白色、粒度均勻、結(jié)晶度高，經(jīng)XRD (X-射線衍射)測試表明其晶體結(jié)構(gòu)與標準ZnOCJCPDS(粉末衍射標準聯(lián)合委員會)卡片號:36-1451)的晶體結(jié)構(gòu)一致；通過場發(fā)射掃描電鏡觀察，該粉末為納米花狀結(jié)構(gòu)，花瓣厚度為20-40nm左右的納米片。該制備方法具有原材料豐富易得、反應(yīng)路線簡便快速等特點，適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，在工業(yè)中具有廣泛的用途。
[0015]以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明；但本發(fā)明的一種納米花狀氧化鋅的制備方法不局限于實施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一實施例的納米花狀氧化鋅粉體X-射線衍射圖；
[0017]圖2是本發(fā)明一實施例的納米花狀氧化鋅粉體掃描電子顯微鏡照片；
[0018]圖3是本發(fā)明一實施例的納米花狀氧化鋅粉體與商業(yè)性氧化鋅粉體對丙酮氣敏性能的比較。

【具體實施方式】
[0019]實施例1
[0020]取2.7055g Zn (NO3)2.6H20加入25ml去離子水溶解，配制成0.37mol/L的鋅鹽水溶液。緩慢滴加氫氧化鉀溶液到鋅鹽水溶液中，直至鋅鹽水溶液的pH值為11，形成反應(yīng)液。將反應(yīng)液置于水熱反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯中，旋緊水熱反應(yīng)釜，置于烘箱中。烘箱以10°C /min的速率升溫至200°C，恒溫反應(yīng)3h后取出水熱反應(yīng)釜并與室溫下冷卻。反應(yīng)液離心后得到白色沉淀物，將白色沉淀物用無水乙醇和去離子水交替清洗，而后置于烘箱中于80°C烘干，獲得納米花狀結(jié)構(gòu)的ZnO粉末。
[0021]如圖1所示，對制備得到的粉末進行XRD(X_射線衍射)測試，XRD圖譜表明其晶體結(jié)構(gòu)與標準ZnO (JCPDS (粉末衍射標準聯(lián)合委員會)卡片號:36-1451)的晶體結(jié)構(gòu)一致。如圖2掃描電子顯微鏡照片所示，制備得到的粉末其微觀晶體結(jié)構(gòu)是由納米片單元的花瓣結(jié)構(gòu)組成的花狀結(jié)構(gòu)，其中納米片花瓣的厚度是30nm左右，花狀結(jié)構(gòu)的粒徑是l-2um。
[0022]本發(fā)明的反應(yīng)機理為:
[0023]Zn2++20F—Zn (OH) 2 I(I)
[0024]Zn (OH) 2+20F— Zn (OH)廣(2)
[0025]Zn (OH)廣—Zn0+2H 20+20F(3)
[0026]在強堿性溶液里，主要存在Ζη(0Η)42_，當Zn (OH) 42_濃度很高時在水相形成的ZnO晶核很多，晶核可以沿各個方向迅速生長，垂直于c軸方向的晶面成為優(yōu)勢晶面，迅速生長成片狀。晶核朝著各個方向生長，致使產(chǎn)物以薄片的某個晶面為核心，沿著各個方向不斷生長，最終形成沒有規(guī)律的彼此交錯的花狀結(jié)構(gòu)。在水熱反應(yīng)釜高壓的環(huán)境中，c軸方向的晶面生長速度相對降低，這樣更有利于形成厚度較薄的納米片。
[0027]本實施例中，制備得到的粉末純度高，粒徑均勻，花狀結(jié)構(gòu)完整，花瓣薄，具有廣泛的應(yīng)用。例如，氧化鋅作為氣敏材料，在制作氣體傳感器時，微觀的花狀結(jié)構(gòu)使其與待測氣體的接觸面積大，而花瓣結(jié)構(gòu)足夠薄，靈敏度高，氣敏性能更為良好。參見圖3，針對丙酮氣體濃度的檢測中，與市售的普通氧化鋅粉末相比，本發(fā)明的納米花狀氧化鋅粉末其氣敏性能有顯者的提尚。
[0028]實施例2
[0029]取固體硫酸鋅加入去離子水溶解，配制成0.15mol/L的鋅鹽水溶液。緩慢滴加氫氧化鈉溶液到鋅鹽水溶液中，直至鋅鹽水溶液的pH值為12，形成反應(yīng)液。將反應(yīng)液置于水熱反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯中，旋緊水熱反應(yīng)釜，置于烘箱中。烘箱以15°C /min的速率升溫至120°C，恒溫反應(yīng)5h后取出水熱反應(yīng)釜并與室溫下冷卻。反應(yīng)液離心后得到白色沉淀物，將白色沉淀物用無水乙醇和去離子水交替清洗，而后置于烘箱中于60°C烘干，獲得納米花狀結(jié)構(gòu)的ZnO粉末。制備得到的粉末是由納米片單元的花瓣結(jié)構(gòu)組成的花狀結(jié)構(gòu)，其中納米片花瓣的厚度是20-40nm，花狀結(jié)構(gòu)的粒徑是l_2um。
[0030]實施例3
[0031]取固體醋酸鋅加入去離子水溶解，配制成0.3mol/L的鋅鹽水溶液。緩慢滴加氫氧化鉀溶液到鋅鹽水溶液中，直至鋅鹽水溶液的pH值為11，形成反應(yīng)液。將反應(yīng)液置于水熱反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯中，旋緊水熱反應(yīng)釜，置于烘箱中。烘箱以20°C /min的速率升溫至140°C，恒溫反應(yīng)4h后取出水熱反應(yīng)釜并與室溫下冷卻。反應(yīng)液離心后得到白色沉淀物，將白色沉淀物用無水乙醇和去離子水交替清洗，而后置于烘箱中于70°C烘干，獲得納米花狀結(jié)構(gòu)的ZnO粉末。制備得到的粉末是由納米片單元的花瓣結(jié)構(gòu)組成的花狀結(jié)構(gòu)，其中納米片花瓣的厚度是20-40nm，花狀結(jié)構(gòu)的粒徑是l_2um。
[0032]實施例4
[0033]取氯化鋅加入去離子水溶解，配制成0.4mol/L的鋅鹽水溶液。緩慢滴加氫氧化鉀溶液到鋅鹽水溶液中，直至鋅鹽水溶液的pH值為11，形成反應(yīng)液。將反應(yīng)液置于水熱反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯中，旋緊水熱反應(yīng)釜，置于烘箱中。烘箱以30°C /min的速率升溫至180°C，恒溫反應(yīng)2h后取出水熱反應(yīng)釜并與室溫下冷卻。反應(yīng)液離心后得到白色沉淀物，將白色沉淀物用無水乙醇和去離子水交替清洗，而后置于烘箱中于100°C烘干，獲得納米花狀結(jié)構(gòu)的ZnO粉末。制備得到的粉末是由納米片單元的花瓣結(jié)構(gòu)組成的花狀結(jié)構(gòu)，其中納米片花瓣的厚度是20-40nm，花狀結(jié)構(gòu)的粒徑是l_2um。
[0034]實施例5
[0035]取Zn (NO3) 2.6H20加入去離子水溶解，配制成0.18mol/L的鋅鹽水溶液。緩慢滴加氫氧化鈉溶液到鋅鹽水溶液中，直至鋅鹽水溶液的pH值為12，形成反應(yīng)液。將反應(yīng)液置于水熱反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯中，旋緊水熱反應(yīng)釜，置于烘箱中。烘箱以30°C /min的速率升溫至160°C，恒溫反應(yīng)5h后取出水熱反應(yīng)釜并與室溫下冷卻。反應(yīng)液離心后得到白色沉淀物，將白色沉淀物用無水乙醇和去離子水交替清洗，而后置于烘箱中于90°C烘干，獲得納米花狀結(jié)構(gòu)的ZnO粉末。制備得到的粉末是由納米片單元的花瓣結(jié)構(gòu)組成的花狀結(jié)構(gòu)，其中納米片花瓣的厚度是20-40nm，花狀結(jié)構(gòu)的粒徑是l_2um。
[0036]上述實施例僅用來進一步說明本發(fā)明的一種納米花狀氧化鋅結(jié)構(gòu)的制備方法，但本發(fā)明并不局限于實施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種納米花狀氧化鋅的制備方法，其特征在于包括以下步驟: A、配制0.15-0.4mol/L的鋅鹽水溶液，其中鋅鹽選自硫酸鋅、二水合醋酸鋅、氯化鋅或六水合硝酸鋅； B、將堿溶液滴加到鋅鹽水溶液中直至鋅鹽水溶液呈強堿性，形成反應(yīng)液，其中堿溶液為氫氧化鉀或氫氧化鈉，反應(yīng)液的pH值范圍為11-12 ； C、將上述反應(yīng)液置于水熱反應(yīng)釜內(nèi)襯中；旋緊水熱反應(yīng)釜，置于烘箱中于120-200°C反應(yīng)2-5h ； D、取出水熱反應(yīng)釜并在室溫下冷卻，反應(yīng)液離心得到白色沉淀物，將白色沉淀物分別用無水乙醇和去離子水交替清洗； E、將清洗后的白色沉淀物置于烘箱中60-100°C烘干，獲得納米花狀結(jié)構(gòu)的ZnO粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米花狀氧化鋅的制備方法，其特征在于:所述納米花狀ZnO是由納米片單元的花瓣結(jié)構(gòu)組成的花狀結(jié)構(gòu)，其中花瓣結(jié)構(gòu)的厚度為20nm-40nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米花狀氧化鋅的制備方法，其特征在于:所述納米花狀ZnO的花瓣結(jié)構(gòu)的厚度為30nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米花狀氧化鋅的制備方法，其特征在于:所述納米花狀ZnO的粒徑范圍為l_2um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米花狀氧化鋅的制備方法，其特征在于:所述水熱反應(yīng)釜的內(nèi)襯為四氟乙烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米花狀氧化鋅的制備方法，其特征在于:步驟C中，水熱反應(yīng)的升溫速率為10-30°C /min。
【文檔編號】B82Y30/00GK104445367SQ201410640910
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】彭程, 郭佼佼, 劉明瑞, 楊文科 申請人:華僑大學