一种脲辅助水热合成氧化锌纳米片的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体发光材料制备领域，涉及一种脲辅助水热合成氧化锌纳米片的方法。
【背景技术】
[0002]氧化锌是一种半导体材料，具有优异的物化性质和良好的光学、生物、化学、半导体和力学性能等，在抗紫外线、荧光、消毒与杀菌、催化剂、电池电极、图像记录、传感器、表面波器件以及耐磨防滑等领域有非常广泛的应用。纳米氧化锌晶体是一种宽带隙半导体材料，室温下其禁带隙宽3.37eV。由于颗粒尺寸介于1-100 nm，颗粒比表面积急剧增加，使得氧化锌纳米晶具有其本体块状物料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等，在磁、光、电、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途。但是，这些特殊性能和新用途与其形貌有关，比如:在光致发光强度上，片状结构的光学性质明显优于棒状和花状结构的氧化锌;微球状氧化锌在可见光区具有非常强的荧光；扇面状氧化锌的光催化活性大于实心双螺帽状氧化锌的光催化活性等等。因此，对氧化锌纳米晶的微观结构，尤其是形貌进行调控合成，制备不同形貌的纳米氧化锌具有重要理论和实际意义。
[0003]目前，已经有多种方法成功地制备了棒状、带状、花状和片状等多种形貌的氧化锌纳米晶。如，CN200510094806.2公开了一种单晶氧化锌纳米纱阵列/多晶铝衬底复合体及其制备方法；CN 2 O I O I O 6 O 6 3 4 6.8 )公开了一种纳米花状氧化锌的制备方法；CN200610117564.9公开了一种利用水热合成系列花状氧化锌微米/纳米结构的方法；CN201410012786.9公开了一种有序层状结构的氧化锌催化剂及其制备方法，SDS，为模板剂，六水硝酸锌为锌源，氢氧化钠为碱源，进行氧化锌粉末的水热法制备。氧化锌纳米片的制备也有报道，如:CN201210134789.0公开了一种片状氧化锌纳米粉体的室温固相合成方法，该方法以醋酸锌和氢氧化钠为原料，通过室温固相研磨反应，获得结晶度很好的片状氧化锌粉体;CN201110045892.3公开了一种珠光色泽草酸锌和氧化锌粉末制备方法，向硝酸锌中加入柠檬酸或柠檬酸盐，调节PH另取草酸铵溶液，将两种溶液滴入反应器中，搅拌、洗涤、烘干得到片状草酸锌粉末，煅烧后即可得具有珠光色泽的片状氧化锌粉末；CN201510122642.X公开了一种具有紫外光性能的氧化锌纳米片薄膜材料及其制备方法，将清洗过的衬底置于六水合硝酸锌溶液与二甲基胺硼脘溶液配制成的前驱体中，反应后将衬底取出冲洗干燥后即可得具有紫外光性能的氧化锌纳米片薄膜材料;CN201010148752.4公开了一种低温控制合成片状纳米氧化锌的方法，选用非离子表面活性剂烷基聚氧乙烯醚、环己烷、正辛醇和水相组成的四元微乳液，以醋酸锌和氢氧化钠为反应物，滴加氢氧化钠的微乳液于醋酸锌的微乳液中，经水热反应、离心分离后，用丙酮、蒸馏水和无水乙醇洗涤后得到;CN103588239A公开了一种水热法制备纳米氧化锌的方法，该专利使用水热法合成路线，在木质素磺酸盐表面活性剂辅助制备了片状氧化锌纳米材料。CN200810071953.1公开了一种片状氧化锌的制备方法，将无水醋酸锌分散在甘油中加热，制备片状甘油锌前驱物；将片状甘油锌前驱物加热，即可得片状氧化锌。
[0004]但是，上述方法所制备的片状氧化锌纳米片大多是通过表面活性剂为形貌导向剂，合成出片状纳米ZnO，在合成过程中用到烷基聚氧乙烯醚等活性剂，含有表面活性剂的反应体系后处理麻烦，且对环境有不利影响，还有一些方法用到甘油做溶剂，成本高。因此，发展一条环境友好、成本低廉的合成路线来大量制备ZnO纳米片，依然具有挑战性。
[0005]水热法又称为热液法，是指在特制的密闭反应器中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热，产生一个高温高压的环境，加速离子反应和促进水解反应，在水溶液或者蒸气流体重制备氧化物，再经过分离和热处理得到氧化物纳米粒子，可使一些在常温常压下反应速率很慢的热力学反应在水热条件下实现快速反应。本发明人对此做进一步研究，研发出一种脲辅助水热合成氧化锌纳米片的方法，本案由此产生。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于提供一种脲辅助水热合成氧化锌纳米片的方法，利用最便宜的水为溶剂，以非表面活性剂脲作为形貌导向剂，以可溶性硝酸锌为锌源，一步合成高纯度、单分散的氧化锌纳米片。
[0007]为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是:
一种脲辅助水热合成氧化锌纳米片的方法，具体步骤如下:
步骤一:在温度为20°C的条件下，分别用分析天平称取一定量可溶性锌盐和一定量碱于烧杯中，可溶性锌盐摩尔量范围是:0.5-1.0mmol，碱摩尔量是范围:5-30mmol，量取40.0mL去离子水进行均匀搅拌，搅拌均匀后再向其加入一定量脲，脲摩尔量范围是:1.0-20.0mmol,在磁力搅拌器作用下搅拌至均匀，得到一透明的溶液；
步骤二:将上述溶液转移至洁净的反应釜中；
步骤三:将反应釜放入240°C的恒温干燥箱中，反应24-48个小时；
步骤四:反应结束后，从恒温干燥箱中取出反应釜，用自来水冷却至室温后，打开反应釜，从反应釜中取出内胆；
步骤五:将内胆中的悬浊液加入离心管中，离心分离；
步骤六:往离心管中添加无水乙醇，超声10分钟，再用离心机分离；
步骤七:重复步骤六3次，得到固体粉末；
步骤八:将固体粉末置于恒温干燥箱中，在温度50-70°C下，干燥6-8小时。
[0008]进一步，可溶性锌盐是Zn(NO3)2.6H20或ZnCl2。
[0009]进一步，反应中采用可分解的形貌导向剂为脲，其摩尔量范围为:1.0-20.0mmol。
[0010]进一步，碱是NaOH。
[0011]进一步，在步骤二中，反应釜中的反应时间为:24-48h。
[0012]采用上述方案后，本发明具有以下优点:
1.本发明全部在水溶液中进行，且以非表面活性剂脲作为形貌导向剂，避免了现有技术中使用表面活性剂为形貌导向剂产生有毒有害物质，有利于环境保护；
2.本方法工艺简单，设备易操作，有利于工业化大规模生产。
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例1样品的扫描电镜图； 图2是本发明实施例2样品的扫描电镜图；
图3是本发明实施例3样品的扫描电镜图；
图4是本发明实施例4样品的扫描电镜图；
图5是本发明实施例5样品的扫描电镜图；
图6是本发明实施例6样品的扫描电镜图一；
图7是本发明实施例6样品的扫描电镜图二；
图8是本发明实施例8样品的扫描电镜图；
图9是本发明实施例9样品的扫描电镜图；
图10是本发明实施例10样品的扫描电镜图；
图11是本发明实施例11样品的扫描电镜图；
图12是本发明实施例12样品的扫描电镜图；
图13是本发明实施例13样品的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。以使本领域技术人员更好地理解本发明。在本发明的实施例中所用的试剂均为市面上可以公开购买到的。
[0015]实施例1:
步骤一:在温度为20°C的条件下，分别用分析天平称取1.0 mmol Zn(NO3)2.6H20和20.0mmoI NaOH于烧杯中，量取40.0mL去离子水进行均匀搅拌，搅拌均匀后再向其加入15.0mmol脲(化学名称为碳酰二胺，分子式为CO(NH2) 2)，在磁力搅拌器作用下搅拌至均匀，得到一透明的溶液；
步骤二:将上述溶液转移至洁净的反应釜中，反应釜温度为240°C;
步骤三:将反应釜放入240°C的恒温干燥箱中，反应24个小时；
步骤四:反应结束后，从恒温干燥箱中取出反应釜，用自来水冷却至室温后，打开反应釜，从反应釜中取出内胆；
步骤五:将内胆中的悬浊液加入离心管中，离心分离；
步骤六:往离心管中添加无水