专利名称：放射状氧化锌晶体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化锌晶体的制备方法，特别是一种放射状氧化锌晶体的软化学制备方法。
背景技术：
aiO，一个宽带隙(3. 27eV)II - VI族半导体，激子结合能为60meV，有三种基本的晶体结构纤锌矿、闪锌矿和岩盐结构。由于aio出色的化学和热稳定性、独特的光、电性质， 在紫外发光、场效应晶体管、光电探测器、气体传感器、太阳能电池、压电发生器和光催化等领域有广泛的应用。近年来，ZnO表现出了丰富的形貌多态性，包括棒状、线状、片状、柱状、 环状、螺帽状、哑铃状、蒲公英状、塔状和海胆状等。由于地球资源的有限和化工过程中产生的大量废品，使得化学工业很难可持续发展，旨在解决这一难题的“绿色”化学获得了极大的关注。所谓绿色化学，即识别可再生的资源、设计最小化环境影响和最大化效率的化学反应、提高分析技术以监控潜在的有害化学品、以及寻找低毒性和高生物降解能力的替代品。从绿色化学的观点来看，微纳米金属氧化物的制备须应用无毒的化学品、环境友好的试剂和可再生的材料。氧化锌晶体的制备有多种方法，包括化学气相沉积、分子束外延、电化学以及热蒸发等。然而，上述方法都会涉及到繁琐的制备过程、复杂的技术和苛刻的实验条件等，严重限制了氧化锌晶体的大规模工业生产。溶液合成方法，包括微乳液和水热/溶剂热生长， 是一种比较便利、相对温和、有效的大规模低温制备方法。然而，这类方法仍然需要高温、 高/低压，较长的反应时间，昂贵的原材料，并且会不可避免的使用有毒、危险的有机溶剂。 例如，Liming Sien等人通过溶剂热方法在乙二胺溶液中和HAuC14 ·4Η20的存在下，通过改变原料的相对含量、添加顺序而得到不同的微纳米ZnO结构，如微球、微棒、纤维状和珊瑚状ZnO等。但是，这一制备过程反应温度过高，采用了有毒的有机溶剂，以及昂贵的反应原料，这些因素都严重限制了其大规模的工业化生产(Shen L Μ, Bao N Z, Yanagisawa K, Gupta A, Domen K, and Grimes C A. Controlled Synthesis and Assembly of Nanostructured ZnO Architectures by a Solvothermal Soft Chemistry Process. Crystal Growth Des. 2007， 7， 2743-2748)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色、低能耗、经济的软化学制备方法，在低温和常压条件下制备放射状氧化锌晶体。实现本发明目的的技术解决方案为一种放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤
步骤一制备NaOH水溶液；步骤二 ^fai(AC)2JH2O (乙酸锌，二水)投入步骤一配好的溶液，加热搅拌溶解；
步骤三制备2-萘磺酸钠水溶液；步骤四将步骤二和步骤三得到的溶液混合，放入基片后静置反应； 步骤五取出基片，洗涤后自然干燥，基片上产物为放射状氧化锌晶体。本发明与现有技术相比，其显著优点1、操作简单，设备便利，周期短，适用于工业化生产；2、在常压低温下反应，低能耗、经济、能与其他制备过程共存；3、使用一种绿色化学溶剂——7jC，避免了有毒、危险、昂贵的有机试剂，产物的后处理方便；4、仅通过温和的反应条件，获得了放射状氧化锌晶体，对金属氧化物的形貌合成研究有极大的启发和促进作用；5、所得材料在紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱中表现出了优异的紫外发光性能， 表明其在紫外发光领域具有非常广阔的应用前景。
图1是本发明放射状氧化锌晶体的制备方法的流程示意图。图2是在60°C下静置反应所得产品的表征结果。其中图加和2b为所得产品的扫描电镜照片，图2c为所得产品的Uv-vis吸收光谱，图2d为所得产品的PL发射光谱。图3是在120°C下静置反应所得产品的表征结果。其中图;3e和3f为所得产品的扫描电镜照片，图3g为所得产品的Uv-vis吸收光谱，图池为所得产品的PL发射光谱。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。结合图1，本发明放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤 步骤一制备NaOH水溶液，NaOH水溶液的浓度为0. 05 5mol/L ；
步骤二 将&ι(ΑΟ2·2Η20投入步骤一配好的溶液，在20°C 60°C的条件下搅拌溶解， Zn (AC)2-2H20 的质量为 0. 1317 2. 6342g ；
步骤三在20°C ^SO0C的条件下制备2-萘磺酸钠水溶液，2-萘磺酸钠水溶液的浓度为 0. ΟΟΓΟ. 2mol/L ；
步骤四将步骤二和步骤三得到的溶液按一定方式混合后，放入基片，在60°C ^120°C 的条件下静置反应10mirT48h ；
步骤五取出基片，洗涤后自然干燥，基片上产物为放射状氧化锌晶体。步骤四中(AC) 2·2Η20溶液与2-萘磺酸钠溶液的混合方式为2_萘磺酸钠溶液搅拌下倒入Si (AC) 2·2Η20溶液中。下面结合实施例和附图对本发明做进一步详细的说明 实施例1 本发明放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤 步骤一制备1. 25 mol/L的NaOH水溶液60mL ；
步骤二 将1. 5g &ι(ΑΟ2·2Η20投入步骤一制备的溶液中，25°C下搅拌溶解； 步骤三将0. 5g 2-萘磺酸钠投入60mL水中，40°C下搅拌溶解。步骤四将步骤三得到的溶液搅拌下立即倒入步骤二得到的溶液中，放入基片， 60°C下静置反应6h。步骤五取出基片，洗涤后自然干燥。结合图2，产品由放射状SiO晶体组成， Uv-vis吸收光谱中最大吸收波长为359. Onm，最大吸光度为0. 493，PL发射光谱最大发射波长为399nm。
实施例2 本发明放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤 步骤一制备1. 25 mol/L的NaOH水溶液60mL ；
步骤二 将1. 5g &ι(ΑΟ2·2Η20投入步骤一制备的溶液中，25°C下搅拌溶解； 步骤三将0. 5g 2-萘磺酸钠投入60mL水中，40°C下搅拌溶解。步骤四将步骤三得到的溶液搅拌下立即倒入步骤二得到的溶液中，放入基片， 120°C下静置反应12h。步骤五取出基片，洗涤后自然干燥。结合图3，产品由放射状ZnO组成，Uvvis 吸收光谱中最大吸收波长为359. 5nm,最大吸光度为1. 021，PL发射光谱中最大发射波长为 395nm。实施例3 本发明放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤 步骤一制备5 mol/L的NaOH溶液60mL ；
步骤二 将2. 6342g Zn(AC)2-2H20投入步骤一制备的溶液中，20°C下搅拌溶解； 步骤三将2. 5g 2-萘磺酸钠投入60mL水中，80°C下搅拌溶解。步骤四将步骤三得到的溶液搅拌下立即倒入步骤二得到的溶液中，放入基片， 100°C下静置反应8h。步骤五取出基片，洗涤后自然干燥。实施例4 本发明放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤 步骤一制备0. 05 mol/L的NaOH溶液60mL ；
步骤二 将0. 1317g &ι(ΑΟ2·2Η20投入步骤一制备的溶液中，60°C下搅拌溶解； 步骤三将0. 0125g 2-萘磺酸钠投入60mL水中，20°C下搅拌溶解。步骤四将步骤三得到的溶液搅拌下立即倒入步骤二得到的溶液中，放入基片， 80°C下静置反应lOmin。步骤五取出基片，洗涤后自然干燥。实施例5 本发明放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤 步骤一制备5 mol/L的NaOH溶液60mL ；
步骤二 将2. 6342g Zn(AC)2-2H20投入步骤一制备的溶液中，25°C下搅拌溶解； 步骤三将0. 025g 2-萘磺酸钠投入60mL水中，60°C下搅拌溶解。步骤四将步骤三得到的溶液搅拌下立即倒入步骤二得到的溶液中，放入基片， 95°C下静置反应Mh。步骤五取出基片，洗涤后自然干燥。实施例6 本发明放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤 步骤一制备2. 5 mol/L的NaOH溶液60mL ；
步骤二 将1. 317g &ι(ΑΟ2·2Η20投入步骤一制备的溶液中，45°C下搅拌溶解； 步骤三将1. 25g 2-萘磺酸钠投入60mL水中，40°C下搅拌溶解。步骤四将步骤三得到的溶液搅拌下立即倒入步骤二得到的溶液中，放入基片， 110°C下静置反应48h。步骤五取出基片，洗涤后自然干燥。实施例7 本发明放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤 步骤一制备1. 25 mol/L的NaOH溶液60mL ；步骤二 将1. 5g &ι(ΑΟ2·2Η20投入步骤一制备的溶液中，55°C下搅拌溶解； 步骤三将0. 5g 2-萘磺酸钠投入60mL水中，65°C下搅拌溶解。步骤四将步骤二得到的溶液搅拌下立即倒入步骤三得到的溶液中，放入基片， 75°C下静置反应Mh。步骤五取出基片，洗涤后自然干燥。实施例8 本发明放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤 步骤一制备1 mol/L的NaOH溶液60mL ；
步骤二 将1. 317g &ι(ΑΟ2·2Η20投入步骤一制备的溶液中，35°C下搅拌溶解； 步骤三将0. 5g 2-萘磺酸钠投入60mL水中，40°C下搅拌溶解。步骤四将步骤二得到的溶液搅拌下立即倒入步骤三得到的溶液中，放入基片， 90°C下静置反应6h。步骤五取出基片，洗涤后自然干燥。实施例9 本发明放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤 步骤一制备2 mol/L的NaOH溶液60mL ；
步骤二 将1. 5g &ι(ΑΟ2·2Η20投入步骤一制备的溶液中，25°C下搅拌溶解； 步骤三将1. 25g 2-萘磺酸钠投入60mL水中，50°C下搅拌溶解。步骤四将步骤三得到的溶液搅拌下立即倒入步骤二得到的溶液中，放入基片， 85°C下静置反应12h。步骤五取出基片，洗涤后自然干燥。实施例10 本发明放射状氧化锌晶体的制备方法，包括以下步骤 步骤一制备1. 25 mol/L的NaOH溶液60mL ；
步骤二 将1.9756g &ι(ΑΟ2·2Η20投入步骤一制备的溶液中，20°C下搅拌溶解； 步骤三将0. 5g 2-萘磺酸钠投入60mL水中，20°C下搅拌溶解。步骤四将步骤二得到的溶液搅拌下立即倒入步骤三得到的溶液中，放入基片， 100°C下静置反应48h。步骤五取出基片，洗涤后自然干燥。
权利要求
1.一种放射状氧化锌晶体的制备方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一制备NaOH水溶液；步骤二 将&Ι(ΑΟ2·2Η20投入步骤一配好的溶液，加热搅拌溶解； 步骤三制备2-萘磺酸钠水溶液；步骤四将步骤二和步骤三得到的溶液混合，放入基片后静置反应； 步骤五取出基片，洗涤后自然干燥，基片上产物为放射状氧化锌晶体。
2.根据权利要求1所述的放射状氧化锌晶体的制备方法，其特征在于NaOH水溶液的浓度为0. 05 5mol/L。
3.根据权利要求1所述的放射状氧化锌晶体的制备方法，其特征在于ai(AC)2-2H20与 NaOH水溶液的比例为0. 1317 2. 6342 :60，其中0. 1317 2. 6342的单位为g，60的单位为mLo
4.根据权利要求1所述的放射状氧化锌晶体的制备方法，其特征在于2-萘磺酸钠水溶液的浓度为0. 00Γ0. 2mol/L。
5.根据权利要求1所述的放射状氧化锌晶体的制备方法，其特征在于步骤二中 Zn(AC)2-2H20的加热溶解温度为20°C 60°C。
6.根据权利要求1所述的放射状氧化锌晶体的制备方法，其特征在于步骤三中制备 2-萘磺酸钠水溶液的加热溶解温度为20°C 80°C。
7.根据权利要求1所述的放射状氧化锌晶体的制备方法，其特征在于步骤四中 Zn(AC)2-2H20溶液与2-萘磺酸钠溶液的混合方式为将2-萘磺酸钠溶液倒入正在搅拌的 Zn (AC)2-2H20 溶液中。
8.根据权利要求1所述的放射状氧化锌晶体的制备方法，其特征在于步骤四中 Zn (AC) 2·2Η20溶液与2-萘磺酸钠溶液的混合方式为将Si (AC) 2·2Η20溶液倒入正在搅拌的 2-萘磺酸钠溶液中。
9.根据权利要求1所述的放射状氧化锌晶体的制备方法，其特征在于步骤四中混合溶液静置反应的温度为60°C 120°C，静置反应的时间是10mirT48h。
全文摘要
本发明公开了一种放射状氧化锌晶体的制备方法。该氧化锌晶体的制备方法包括以下步骤步骤一制备NaOH水溶液；步骤二将Zn(AC)2·2H2O投入步骤一配好的溶液，一定温度下搅拌溶解；步骤三一定温度下制备2-萘磺酸钠水溶液；步骤四将步骤二和步骤三得到的溶液按一定方式混合后，放入基片，一定温度下静置反应；步骤五取出基片，洗涤后自然干燥，基片上产物为放射状氧化锌晶体。采用这种氧化锌晶体的制备方法，是一种低温常压、低能耗、操作简单的软化学方法，在温和条件下通过简单操作能够得到放射状氧化锌晶体。
文档编号C01G9/02GK102452683SQ20101052580
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者刘孝恒, 段静静, 汪信 申请人:南京理工大学