专利名称：一种纺锤状结构氧化锌的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化锌的制备方法。
背景技术：
氧化锌材料在催化、光电、气敏、磁性以及锂电池等领域有着广泛的应用。具有特 定尺寸、形貌、维度和单分散性的氧化锌纳米材料因其独特的性能可以进一步实现材料的 组装，构建功能结构体系。其中，纺锤状结构的氧化锌，因其新颖的形貌和优异的光学性质 可应用于激光器、传感器和光探测器等领域。在制备纺锤状结构氧化锌的方法中，现有的溶 剂热法由于使用有机溶剂或加入有机醇盐，如乙醇或锌醇盐(a -硫辛酸合锌)，导致合成的 纺锤状结构的氧化锌中含有杂质离子，不易提纯，抑制氧化锌的本征发光；现有的水热法在 反应过程中加入表面活性剂，如六次甲基四氨(HMT)、环已烷二胺四醋酸(CDTA)，合成的氧 化锌产品中，除了纺锤状结构的氧化锌之外，还有多晶晶体，纺锤状结构的氧化锌产量低。
发明内容
本发明是为了解决现有的溶剂热法合成的纺锤状氧化锌中有不易分离的杂质离 子以及水热法合成的氧化锌产品中纺锤状结构氧化锌产量低的问题，而提供一种纺锤状结 构氧化锌的制备方法。 本发明的一种纺锤状结构氧化锌的制备方法按以下步骤进行一、配制浓度为 0. 01mol/L 0. lmol/L的硝酸锌水溶液；二、在搅拌条件下，把浓度为4. 5mol/L 5. 5mo1/ L的氢氧化钠水溶液逐滴加入到经步骤一制备的硝酸锌水溶液中，直到溶液的pH值为9 ll，得到混合溶液；三、在搅拌条件下，将经步骤二得到的混合溶液升温至73°C 7『C并保 持10h 24h，得到混合物；四、将经步骤三得到的混合物依次用去离子水和乙醇洗涤，然后 在60°C 9(TC的条件下干燥10h 24h，得到白色粉末；五、将经步骤四得到的白色粉末放 在500°C 70(TC的烧结炉中热处理1. 5h 3h，即得到纺锤状结构氧化锌。
本发明的一种纺锤状结构氧化锌的制备方法是一种绿色化学制备方法，反应过 程中不使用有机溶剂或表面活性剂，产物为六方纤锌矿单晶氧化锌，没有杂质，而且制备 出的氧化锌全部为纺锤状，纺锤状结构的直径从中间到两端逐渐减小，纺锤中部的直径为 220nm 300nm，纺锤两端的直径为10nm 30nm，纺锤长度为600nm 1000nm，制备出的 纺锤状氧化锌形状规则，尺寸均一，生长方向一致，纺锤状氧化锌的生长方向是沿着(0001) 方向，也就是氧化锌最快的生长方向。本发明采用的原料为硝酸锌和氢氧化钠等常用原料，而且不使其它的添加剂，成本低；反应物在73°C 78t:反应，然后再经烧结处理就得到了目标产物纺锤状氧化锌，反应条件温和，操作安全，制备方法简单，可以进行大规模生产，并且可以通过调整反应时间和温度对纺锤状氧化锌的尺寸进行控制，制备的纺锤状纳米氧化锌可应用在激光器、传感器和光探测器领域。
图1是具体实施方式
十三制备的纺锤状结构氧化锌的XRD图；图2是具体实施方式
十三制备的纺锤状结构氧化锌的扫描电镜照片；具体实施方式
十三制备的纺锤状结构氧化锌的低倍透射电镜照片；图4是具体实施方式
十三制备的纺锤状结构氧化锌的高分辨透射电镜照片；图5是具体实施方式
十三制备的纺锤状结构氧化锌的拉曼光谱；图6是具体实施方式
十三制备的纺锤状结构氧化锌的室温光致发光图谱。
具体实施例方式
具体实施方式
一 本实施方式的一种纺锤状结构氧化锌的制备方法按以下步骤进行一、配制浓度为0. 01mol/L 0. lmol/L的硝酸锌水溶液；二、在搅拌条件下，把浓度为4. 5mol/L 5. 5mol/L的氢氧化钠水溶液逐滴加入到经步骤一制备的硝酸锌水溶液中，直到溶液的pH值为9 ll，得到混合溶液；三、在搅拌条件下，将经步骤二得到的混合溶液升温至73°C 7『C并保持10h 24h，得到混合物；四、将经步骤三得到的混合物依次用去离子水和乙醇洗涤，然后在60°C 9(TC的条件下干燥10h 24h，得到白色粉末；五、将经步骤四得到的白色粉末放在500°C 70(TC的烧结炉中热处理1. 5h 3h，即得到纺锤状结构氧化锌。 本实施方式的一种纺锤状结构氧化锌的制备方法是一种绿色化学制备方法，反应过程中不使用有机溶剂或表面活性剂，产物为六方纤锌矿单晶氧化锌，没有杂质，而且制备出的氧化锌全部为纺锤状，纺锤状结构的直径从中间到两端逐渐减小，纺锤中部的直径为220nm 300nm，纺锤两端的直径为10nm 30nm，纺锤长度为600nm 1000nm，制备出的纺锤状结构氧化锌形状规则，尺寸均一，生长方向一致，纺锤状结构氧化锌的生长方向是沿着(0001)方向，也就是氧化锌最快的生长方向。本发明采用的原料为硝酸锌和氢氧化钠等常用药品，而且不使其它的添加剂，成本低；反应物在73°C 7『C反应，然后再经烧结处理就得到了目标产物纺锤状结构氧化锌，反应条件温和，操作安全，制备方法简单，可以进行大规模生产，并且可以通过调整反应时间和温度对纺锤状结构氧化锌的尺寸进行控制，制备的纺锤状结构氧化锌可应用在激光器、传感器和光探测器领域。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中硝酸锌水溶液的浓度为0. 02mol/L 0. 09mol/L。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤一中硝酸锌水溶液的浓度为0. 05mol/L。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三不同的是步骤二中氢氧化
钠水溶液的浓度为4. 8mol/L 5. 3mol/L。其它与具体实施方式
一至三相同。 具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四不同的是步骤二中氢氧化
钠水溶液的浓度为5.0mol/L。其它与具体实施方式
一至四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五不同的是步骤二中溶液的 pH值为9. 5 10. 5。其它与具体实施方式
一至五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六不同的是步骤二中溶液的 pH值为10。其它与具体实施方式
一至六相同。 具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七不同的是步骤三中将混合 溶液升温至74°C 77t:并保持12h 20h。其它与具体实施方式
一至七相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八不同的是步骤三中将混合 溶液升温至75t:并保持18h。其它与具体实施方式
一至八相同。 具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九不同的是步骤四中在 65°C 85t:的条件下干燥12h 20h。其它与具体实施方式
一至九相同。
具体实施方式
i^一 本实施方式与具体实施方式
一至九不同的是步骤四中在 75t:的条件下干燥18h。其它与具体实施方式
一至九相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
一至i^一不同的是步骤五中将 白色粉末放在550°C 65(TC的烧结炉中热处理1. 8h 2. 8h。其它与具体实施方式
一至 十一相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
一至i^一不同的是步骤五中将 白色粉末放在60(TC的烧结炉中热处理2.2h。其它与具体实施方式
一至十一相同。
具体实施方式
十三本实施方式的一种纺锤状结构氧化锌的制备方法按以下步骤 进行一、配制浓度为0. 08mol/L的硝酸锌的水溶液；二、在搅拌条件下，把浓度为5. 0mol/L 的氢氧化钠水溶液逐滴加入到经步骤一制备的硝酸锌的水溶液中，直到溶液的PH值为10， 得到混合溶液；三、在搅拌条件下，将经步骤二得到的混合溶液升温至75t:并保持llh，得 到混合物；四、将经步骤三得到的混合物依次用去离子水和乙醇洗涤，然后在6(TC的条件 下干燥12h，得到白色粉末；五、将经步骤四得到的白色粉末放在60(TC的烧结炉中热处理 2h，即得到纺锤状结构氧化锌。 本实施方式制备的纺锤状结构氧化锌的XRD图如图1所示，从图1可以看出制备 的纺锤状结构氧化锌的特征衍射峰与标准谱(JCPDSNo. 36-1451)的六方纤锌矿结构氧化锌 一致，没有其它的衍射峰，说明合成的产物具有很高的纯度；本实施方式制备的纺锤状结构 氧化锌的扫描电镜照片如图2所示，从图2中可以看出，合成的产物均为纺锤状，没有其它 形状的氧化锌出现，尺寸均一，生长方向一致。平均直径为200纳米，长度约1微米；本实 施方式制备的纺锤状结构氧化锌的低倍透射电镜照片如图3所示，高分辨透射电镜照片如 图4所示，从图3可以看出纺锤状结构氧化锌的直径从中间到两端逐渐减小，从300nm逐渐 縮小到30nm。电子衍射图显示纺锤状结构氧化锌的生长方向是沿着(0001)方向，也就是 氧化锌最快的生长方向。由电子衍射图也可看出合成的是纺锤状结构氧化锌是六方纤锌矿 单晶结构；从图4可以看出晶格间距为0. 26nm，与选区电子衍射结果一致；本实施方式制备 的纺锤状结构氧化锌的拉曼光谱如图5所示，从图5可以看出，有四个主要的拉曼发射峰，
5分别位于202cm—、 333cm—、 440cm—1和585cm—1处，最强发射峰位于440cm—1处。根据声子模 式选择规律，可归因于氧空位相关的非极性声子振动模式；本实施方式制备的纺锤状结构 氧化锌的室温光致发光图谱如图6所示，从图6可看出，有两个发光峰分别位于约423nm和 484nm处，说明合成的纺锤状结构具有高的缺陷和氧空位，合成的产物在423nm处的强的蓝 色发射峰，意味着在光电子学领域有重要的应用前景。 本实施方式采用的原料为常用药品硝酸锌和氢氧化钠，而且不使用其它的添加 剂，成本低；反应物在75t:反应，然后再经烧结处理就得到了目标产物纺锤状结构氧化锌， 反应条件温和，操作安全，制备方法简单，可以进行大规模生产，并且可以通过调整反应时 间和温度对纺锤状氧化锌的尺寸进行控制。
权利要求
一种纺锤状结构氧化锌的制备方法，其特征在于一种纺锤状结构氧化锌的制备方法按以下步骤进行一、配制浓度为0.01mol/L～0.1mol/L的硝酸锌水溶液；二、在搅拌条件下，把浓度为4.5mol/L～5.5mol/L的氢氧化钠水溶液逐滴加入到经步骤一制备的硝酸锌水溶液中，直到溶液的pH值为9～11，得到混合溶液；三、在搅拌条件下，将经步骤二得到的混合溶液升温至73℃～78℃并保持10h～24h，得到混合物；四、将经步骤三得到的混合物依次用去离子水和乙醇洗涤，然后在60℃～90℃的条件下干燥10h～24h，得到白色粉末；五、将经步骤四得到的白色粉末放在500℃～700℃的烧结炉中热处理1.5h～3h，即得到纺锤状结构氧化锌。
2. 根据权利要求1所述的一种纺锤状结构氧化锌的制备方法，其特征在于步骤一中硝 酸锌水溶液的浓度为0. 02mol/L 0. 09mol/L。
3. 根据权利要求1或2所述的一种纺锤状结构氧化锌的制备方法，其特征在于步骤二 中氢氧化钠水溶液的浓度为4. 8mol/L 5. 3mol/L。
4. 根据权利要求3所述的一种纺锤状结构氧化锌的制备方法，其特征在于步骤二中溶 液的pH值为9. 5 10. 5。
5. 根据权利要求1、2或4所述的一种纺锤状结构氧化锌的制备方法，其特征在于步骤 三中将混合溶液升温至74°C 77。C并保持12h 20h。
6. 根据权利要求5所述的一种纺锤状结构氧化锌的制备方法，其特征在于步骤四中在 65°C 85。C的条件下干燥12h 20h。
7. 根据权利要求1、2、4或6所述的一种纺锤状结构氧化锌的制备方法，其特征在于步 骤五中将白色粉末放在550°C 65(TC的烧结炉中热处理1. 8h 2. 8h。
全文摘要
一种纺锤状结构氧化锌的制备方法，它涉及氧化锌的制备方法，它解决了现有的溶剂热法合成的纺锤状氧化锌中有不易分离的杂质离子以及水热法合成的氧化锌产品中纺锤状结构氧化锌产量低的问题。本发明将氢氧化钠水溶液逐滴加入硝酸锌水溶液中，搅拌并在73℃～78℃保持10h～24h，再经洗涤干燥后，在烧结炉中热处理，即得到纺锤状氧化锌。本发明的方法是一种绿色化学制备方法，反应过程中不使用有机溶剂或表面活性剂，产物为六方纤锌矿单晶氧化锌，没有杂质，而且制备出的氧化锌全部为纺锤状，纺锤状纳米氧化锌可应用在激光器、传感器和光探测器领域。
文档编号C01G9/02GK101774632SQ20101012698
公开日2010年7月14日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者叶彩, 宫丽红, 武祥 申请人:哈尔滨师范大学