专利名称：一种多孔氧化锌纳米粉体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔氧化锌纳米粉体及其制备方法，属于无机非金属材料技术领域及纳米金属氧化物制备工艺技术和光催化技术领域。
背景技术：
氧化锌是一种优良的半导体氧化物，广泛应用于电子、催化、医药、光学及陶瓷领域。最近几十年发展起来的纳米技术又将氧化锌的制备与应用推向了一个全新的时代。众所周知，材料的活性与其比表面积有直接关联，比表面积越大，活性越高。因此，与传统的微米级的氧化锌颗粒相比，纳米氧化锌展现出许多更加优良的光、电、磁、力及催化性能。如Phys. Rev. B Vol. 69，245401 (2004)报道了当纳米氧化锌线的尺寸进一步减小时，其颗粒表面发光强度会随之显著增强这一奇特现象；Phys. Rev. Lett. Vol. 96，075505 (2006)报道，
氧化锌的杨氏模量当尺寸小于120nm后，就会随着尺寸的进一步减小而发生显著的增强；Phys. Rev. B Vol. 69，113303(2004)报道，在纳米尺度，氧化锌的电子声子耦合强烈的依赖于其颗粒尺寸的变化。现在有已经报道的氧化锌纳米结构已经非常丰富，包括氧化锌纳米线、纳米棒、纳米带、纳米环、纳米盘、纳米椭球、纳米锥及各种孔径的多孔氧化锌纳米粉体。由于多孔材料在吸附、光催化、载体及色谱分离柱等方面得到广泛的应用，因此，在这些报道的氧化锌纳米结构中，多孔氧化锌纳米粉体是最受关注的一种。多孔氧化锌纳米粉体不仅具有普通纳米材料的大比表面积，低密度等特点，而且还具有区别于无孔氧化锌的强吸附力和特殊的电子结构等优点。目前多孔材料的制备已成为国内外的研究热点，已经公开的多孔材料的制备方法有(1)在专利申请EP 1403 231中公布了在制备过程中加入有机聚合物，然后再加热分解掉有机物而制得多孔无机材料的方法。这种方法比较比较通用，但存在空间大小及一致性难以控制，且孔内的有机物难以去除干净等问题；(2)在中国专利201110033996. 2中公布了采用模板法制备多孔材料的方法。这种方法也同样存在需要去除模板，及模板材料难以除净等问题。(3)中国专利200910185596. 6公布了一种将纳米颗粒烧结在一起从而形成多孔材料的方法。这种烧结方法需要较高的稳定，且有可能形成闭合孔。除了列举的聚合物辅助法、模板法和烧结法，主要的还有金属有机法、水相-油相微乳法及溶胶凝胶法等方法。后面这三种方法存在表面有机物难以去除干净或制备过程需要较苛刻的控制条件等不足之处。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有强吸附性及高光催化活性的多孔氧化锌粉体材料及其制备方法，该方法制备工艺简单，成本低，可操作性强，且可大规模生产。本发明提供的一种多孔氧化锌纳米粉体的制备方法，包括如下步骤将醋酸锌溶液和氢氧化物溶液混合得到混合物；将所述混合物进行蒸发浓缩得浓缩液；所述浓缩液在密闭条件下进行反应即得所述多孔氧化锌纳米粉体。上述的制备方法中，所述醋酸锌溶液和氢氧化物溶液的溶剂均可为甲醇、乙醇或水；所述氢氧化物可为氢氧化钠、氢氧化锂或氢氧化钾。上述的制备方法中，所述醋酸锌溶液的摩尔浓度可为O. 02mol/L^0. 4mol/L，具体可为 O. 02mol/L O. 3mol/L、0. 02mol/L O. Imol/L、0. 02mol/L、0. lmol/L 或 0. 3mol/L ;所述氢氧化物溶液的摩尔浓度可为O. lmol/L 5mol/L，具体可为O. 7mol/L^3. 4mol/L、0. 7mol/L 4mol/L、0. 7mol/L、3. 4mol/L 或 4mol/L。上述的制备方法中，可将所述氢氧化物溶液加入至所述醋酸锌溶液中。上述的制备方法中，所述混合物中锌离子与氢氧根离子的摩尔比可为I :(O. 5 6)，具体可为 I 0. 5、1 1 或 I 6o上述的制备方法中，所述蒸发浓缩的温度可为50°C 90°C，具体可为50°C、60°C或900C ;所述浓缩液的体积可为所述混合物的体积的30% 50%，具体可为30%、40%或50%。上述的制备方法中，所述反应的温度可为50°C 90°C，具体可为50°C、60°C或900C ;所述反应的时间可为I. 5小时 3小时，具体可为I. 5小时、2小时或3小时。本发明还提供了上述方法制备的多孔氧化锌纳米粉体；其粒径为30nnT500nm ;孔径为 6nnTl5nm ;孔隙率为 O. lcc/g O. 8cc/g。与现有的技术相比，本发明具有以下优点(I)本发明提供的制备方法的反应体系简单，在碱性条件下分解醋酸锌即可制得最终的多孔氧化锌纳米粉体。(2)本发明提供的制备方法的反应温度低，是一种低温湿化学法。(3)本发明提供的制备方法的工艺简单且易操作，主要步骤为配置醋酸锌和氢氧化钾溶液，滴加氢氧化钾溶液，加热搅拌及清洗几个简单的步骤。(4)本发明制备的多孔氧化锌纳米粉体的孔径分布窄，在6 15nm之间。(5)本发明制备的多孔氧化锌纳米粉体的粒径一致性非常好。(6)本发明可以实现多孔氧化锌纳米粉体的大规模的制备。(7)产品具有明显的多孔性，强吸附力，高催化活性，可以广泛的应用于催化、废水净化、分离、医药、电子及其它高科技领域。
图I为实施例I所得产品的TEM图。图2为实施例2所得产品的TEM图。图3为实施例3所得产品的TEM图。图4为实施例2所得产品吸附酸性黑染料的曲线图。图5为实施例2所得产品光催化降解甲基蓝的曲线图。
具体实施例方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例I、多孔氧化锌纳米粉体的制备
将醋酸锌溶入甲醇，配置锌离子浓度为O. 02mol/L的醋酸锌甲醇溶液；将氢氧化钾溶入甲醇，配置氢氧根离子浓度为O. 7mol/L的氢氧化钾甲醇溶液；将氢氧化钾甲醇溶液缓慢滴入在70°C搅拌的醋酸锌甲醇溶液，并保持锌离子与氢氧根离子的摩尔比为I :6 ;然后继续在50°C搅拌蒸发浓缩，当反应溶液的体积浓缩为原体积的30%之后，将反应容器密封；继续在50°C下反应3小时，反应完之后，冷却并用甲醇离心清洗两次，然后干燥制得最终的多孔氧化锌纳米粉体。上述制备得到的多孔氧化锌纳米粉体的 Μ图如图I所示，由该图可知，制备的氧化锌为多孔纳米颗粒；其粒径为30nm，孔径为6nm，孔隙率为O. 75cc/g。实施例2、多孔氧化锌纳米粉体的制备将醋酸锌溶入乙醇，配置锌离子浓度为O. lmol/L的醋酸锌乙醇溶液；将氢氧化钾溶入乙醇，配置氢氧根离子浓度为3. 4mol/L的氢氧化钾乙醇溶液；将氢氧化钾甲醇溶液缓
慢滴入在60°C搅拌的醋酸锌甲醇溶液中，并保持锌离子与氢氧根离子的摩尔比为I :1 ;然后继续在60°C搅拌蒸发浓缩，当反应溶液的体积浓缩为原体积的40%之后，将反应容器密封；继续在60°C下反应2小时，反应完之后，冷却并用乙醇离心清洗三次，然后干燥制得最终的多孔氧化锌纳米粉体。上述制备得到的多孔氧化锌纳米粉体的TEM图如图2所示，由该图可知，制备的氧化锌为多孔纳米颗粒；其粒径为70nm，孔径为8. 8nm，孔隙率为O. 5cc/g。配置浓度为IOppm的酸性黑染料溶液100毫升，加入O. I克上述制备的多孔氧化锌纳米粉体，在3分钟内的吸附量达到90%以上，其吸附酸性黑染料的曲线图如图4所示，可知，本实施例制备的多孔氧化锌纳米粉体吸附能力强。配置浓度为IOppm的甲基蓝溶液100毫升，加入O. 05克上述制备的多孔氧化锌纳米粉体，在一支功率为6瓦、波长为365nm的紫外灯照射下，每隔2分钟取样一次，用UV-Vis分析仪测其吸光度，发现甲基蓝在8分钟内即可完全降解，其光催化降解甲基蓝的曲线图如图5所示，可知，本实施例制备的多孔氧化锌纳米粉体的光催化活性高。实施例3、多孔氧化锌纳米粉体的制备将醋酸锌溶入水，配置锌离子浓度为O. 3mol/L的醋酸锌水溶液；将氢氧化钾溶入水，配置氢氧根离子浓度为4mol/L的氢氧化钾水溶液；将氢氧化钾水溶液缓慢滴入在55°C搅拌的醋酸锌水溶液中，并保持锌离子与氢氧根离子的摩尔比为I :0.5 ;然后继续在90°C搅拌蒸发，当反应溶液的体积浓缩为原体积的50%之后，将反应容器密封；继续在90°C下反应I. 5小时，反应完之后，冷却并用水离心清洗两次，然后干燥制得最终的多孔氧化锌纳米粉体。上述制备得到的多孔氧化锌纳米粉体的TEM图如图3所示，由该图可知，制备的氧化锌为多孔次微米颗粒；其粒径为500nm，孔径为14. 6nm，孔隙率为O. 13cc/g。
权利要求
1.一种多孔氧化锌纳米粉体的制备方法，包括如下步骤将醋酸锌溶液和氢氧化物溶液混合得到混合物；将所述混合物进行蒸发浓缩得浓缩液；所述浓缩液在密闭条件下进行反应即得所述多孔氧化锌纳米粉体。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述醋酸锌溶液和氢氧化物溶液的溶剂均为甲醇、乙醇或水；所述氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化锂或氢氧化钾。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述醋酸锌溶液的摩尔浓度为O.02mol/L^0. 4mol/L ;所述氢氧化物溶液的摩尔浓度为O. lmol/L 5mol/L。
4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于将所述氢氧化物溶液加入至所述醋酸锌溶液中。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于所述混合物中锌离子与氢氧根离子的摩尔比为I :(0. 5飞)。
6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于所述蒸发浓缩的温度为500C 90°C ;所述浓缩液的体积为所述混合物的体积的30% 50%。
7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于所述反应的温度为50°C 90°C；所述反应的时间为I. 5小时 3小时。
8.权利要求1-7中任一所述方法制备的多孔氧化锌纳米粉体。
9.根据权利要求7所述的多孔氧化锌纳米粉体，其特征在于所述多孔氧化锌纳米粉体的粒径为30nnT500nm ;所述多孔氧化锌纳米粉体的孔径为6nnTl5nm。
10.根据权利要求8或9所述的多孔氧化锌纳米粉体，其特征在于所述多孔氧化锌纳米粉体的孔隙率为O. lcc/g"O. 8cc/g。
全文摘要
本发明公开了一种多孔氧化锌纳米粉体及其制备方法。该包括如下步骤将醋酸锌溶液和氢氧化物溶液混合得到混合物；将所述混合物进行蒸发浓缩得浓缩液；所述浓缩液在密闭条件下进行反应即得所述多孔氧化锌纳米粉体。本发明提供的制备方法的工艺简单且易操作，主要步骤为配置醋酸锌和氢氧化钾溶液，滴加氢氧化钾溶液，加热搅拌及清洗几个简单的步骤。本发明提供的产品具有明显的多孔性，强吸附力，高催化活性，可以广泛的应用于催化、废水净化、分离、医药、电子及其它高科技领域。
文档编号B82Y30/00GK102815742SQ20121026206
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月26日 优先权日2011年9月28日
发明者李亚栋, 刘云新, 彭卿 申请人:清华大学