专利名称：层状结构的亚微米和微米ZnO颗粒的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无机纳米材料的制备方法，特别是一种层状结构的亚微米和微米ZnO颗粒的制备方法。
背景技术：
作为一种宽带隙半导体，拥有3.37eV大带隙60meV大激子结合能的ZnO纳米晶因在室温UV激光器[见文献1]、光发射二极管[见文献2]、太阳能电池[见文献3]、传感器[见文献4]等方面具有广泛的应用而成为目前最受关注的焦点之一。然而制备出具有独特的形貌和功能的ZnO纳米结构是将ZnO实用化的前提。{文献(1)Huang，M.H.；Mao，S.；Feick，H.；Yan，H.；Wu，Y.；Kind，H.；Webber，E.；Russo，R.；Yang，P.Science 2001，292，1897。(2)Park，W.I.；Yi，G.-C.；Kim，J.-W.；Park，S.-M.Appl.Phys.Lett.2003，82，4358。(3)Rensmo，H.；Keis，K.；Lindstrom，H.；Sodergren，S.；Solbrand，A.；Hagfeldt，A.；Lindquist，S.E.；Wang，L.N.；Muhammed，M.J.Phys.Chem.B1997，101，2598。(4)Kind，H.；Yan，H.；Messer，B.；Law，M.；Yang，P.Adv.Mater.2002，14，158}。
发明内容
1、发明目的本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低的制备方法来制备出高纯度的尺寸、层厚、层数和形貌可调的层状结构的ZnO纳米和微米颗粒。
2、技术方案本发明所述的层状结构的亚微米和微米ZnO颗粒的制备方法，包括以下步骤(1)在反应容器中调配NaOH(0.05-0.3M)水溶液(2-6wt％)/PVP(0.02-10wt％)/正戊醇(84-97wt％)多元溶液体系，其中改变体系中NaOH和PVP的溶度调节目标层状结构的ZnO颗粒的尺寸、层数和形貌；(2)将Zn(NO3)2(0.05-0.2M)醇溶液在搅拌下加入体系中，继续搅拌(时间10-30分钟为宜)后放入恒温箱中60-100℃热处理(时间4-24小时为宜)；其中改变Zn(NO3)2的浓度可以调节目标层状结构的ZnO颗粒的层厚；(3)将热处理过的反应溶液离心即得高纯度的层状结构的ZnO纳米或微米颗粒。
3、有益效果本发明与现有技术相比，具有以下突出优点(1)所制得ZnO纳米或微米颗粒具有全新的层状结构。(2)所制得层状结构的ZnO纳米和微米颗粒的纯度高，约95％，基本不含有具有其他形貌的ZnO颗粒。(3)所制得的层状结构的ZnO纳米和微米颗粒性能稳定，在空气中不易变性。(4)可根据实用要求，通过简单地改变NaOH、PVP(聚乙烯吡洛酮)或Zn(NO3)2的含量，所制得的层状结构的ZnO颗粒的平均边长和层厚分别可以在40纳米-1.6微米和30纳米-1.0微米范围内连续调节，层数可以从单层调到双层乃至多层，形貌也可以在六边形和圆形相互之间调节。(5)可以进行大量生产。(6)工艺简单，对设备要求很低，费用低廉。本发明制备的层状结构的亚微米和微米ZnO颗粒不但有利于开拓ZnO本身独特的性能和应用，而且有助于其他新的纳米结构的开发和应用。
四
图1是代表性的具有不同形貌和层数的层状结构的ZnO颗粒的扫描电子显微镜图，其中(A)椭圆形单片、(B)六边形单片、(C-D)双层颗粒、(E-F)多层颗粒。(A)、(B)、(C)和(E)中的插图是对应的选择区域的电子衍射花样。
图2是代表性的具有不同尺寸、形貌、层数和层厚的层状结构的ZnO颗粒的扫描电子显微镜图，其中(A-D)不同尺寸的六边形双层ZnO颗粒、(E)六边形多层ZnO颗粒、(F)圆形多层ZnO颗粒、(G)薄层六边形双层ZnO颗粒、(H)厚层六边形双层ZnO颗粒。(E)中的插图是对应的高倍放大图。
五具体实施例方式
实施例1平均边长为1.2微米的六边形双层ZnO颗粒(图1C-D)的制备方法，其步骤是(1)在有盖的反应容器中调配60毫升NaOH(0.15M)水溶液(4wt％)/PVP(5wt％)/正戊醇(91wt％)多元溶液体系；(2)将1.8毫升Zn(NO3)2(0.1M)乙醇溶液在搅拌下加入体系中，继续搅拌30分钟后放入恒温箱中95℃热处理24小时；(3)将热处理过的反应溶液离心即得所需尺寸的高纯度六边形双层ZnO颗粒。
实施例2六边形多层ZnO颗粒(图1E)的制备，其步骤是(1)在有盖的反应容器中调配60毫升NaOH(0.15M)水溶液(4wt％)/PVP(7.5wt％)/正戊醇(88.5wt％)多元溶液体系；(2)将1.8毫升Zn(NO3)2(0.1M)乙醇溶液在搅拌下加入体系中，继续搅拌30分钟后放入恒温箱中95℃热处理24小时；(3)将热处理过的反应溶液离心即得所需尺寸的高纯度六边形多层ZnO颗粒。
实施例3层状结构的米ZnO颗粒的制备，其步骤是(1)在反应容器中调配60毫升NaOH(0.05M)水溶液(6wt％)/PVP(0.02wt％)/正戊醇(93.98wt％)多元溶液体系；(2)将1.8毫升Zn(NO3)2(0.05M)乙醇溶液在搅拌下加入体系中，继续搅拌20分钟后放入恒温箱中100℃热处理10小时；(3)将热处理过的反应溶液离心即得所需尺寸的高纯度六边形多层ZnO颗粒。
实施例4层状结构的米ZnO颗粒的制备，其步骤是(1)在反应容器中调配60毫升NaOH(0.3M)水溶液(2wt％)/PVP(10wt％)/正戊醇(88wt％)多元溶液体系；(2)将1.8毫升Zn(NO3)2(0.2M)乙醇溶液在搅拌下加入体系中，继续搅拌10分钟后放入恒温箱中60℃热处理4小时；(3)将热处理过的反应溶液离心即得所需尺寸的高纯度六边形多层ZnO颗粒。
实施例5层状结构的米ZnO颗粒的制备，其步骤是(1)在反应容器中调配60毫升NaOH(0.2M)水溶液(2wt％)/PVP(1wt％)/正戊醇(97wt％)多元溶液体系；(2)将1.8毫升Zn(NO3)2(0.15M)乙醇溶液在搅拌下加入体系中，继续搅拌15分钟后放入恒温箱中80℃热处理10小时；(3)将热处理过的反应溶液离心即得所需尺寸的高纯度六边形多层ZnO颗粒。
实施例6层状结构的米ZnO颗粒的制备，其步骤是(1)在反应容器中调配60毫升NaOH(0.1M)水溶液(6wt％)/PVP(10wt％)/正戊醇(84wt％)多元溶液体系；(2)将1.8毫升Zn(NO3)2(0.08M)乙醇溶液在搅拌下加入体系中，继续搅拌25分钟后放入恒温箱中90℃热处理20小时；(3)将热处理过的反应溶液离心即得所需尺寸的高纯度六边形多层ZnO颗粒。
权利要求
1.一种层状结构的亚微米和微米ZnO颗粒，其特征在于ZnO颗粒为层状结构。
2.一种层状结构的亚微米和微米ZnO颗粒的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)在反应容器中调配由0.05-0.3M的NaOH的水溶液、PVP和正戊醇组成的多元溶液体系，其中水溶液的重量为2-6％，PVP为0.02-10％，正戊醇为84-97％；(2)将0.05-0.2M的Zn(NO3)2醇溶液在搅拌下加入体系中，继续搅拌后放入恒温箱中60-100℃热处理；(3)将热处理过的反应溶液离心即得高纯度的层状结构的ZnO纳米或微米颗粒。
3.根据权利要求2所述的层状结构的亚微米和微米ZnO颗粒的制备方法，其特征在于步骤(1)中，改变体系中NaOH和PVP的溶度调节目标层状结构的ZnO颗粒的尺寸、层数和形貌。
4.根据权利要求2所述的层状结构的亚微米和微米ZnO颗粒的制备方法，其特征在于步骤(2)中，改变Zn(NO3)2的浓度可以调节目标层状结构的ZnO颗粒的层厚。
5.根据权利要求2所述的层状结构的亚微米和微米ZnO颗粒的制备方法，其特征在于在步骤(2)中，搅拌的时间为10-30分钟，热处理时间为4-24小时。
全文摘要
本发明公开了层状结构的亚微米和微米ZnO颗粒及其制备方法，ZnO颗粒为层状结构，其制备方法包括以下步骤(1)在反应容器中调配由0.05－0.3M的NaOH的水溶液、PVP和正戊醇组成的多元溶液体系，(2)将0.05－0.2M的Zn(NO
文档编号C01G9/02GK1935664SQ20061009656
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月30日 优先权日2006年9月30日
发明者章建辉, 刘淮涌, 王振林, 闵乃本 申请人:南京大学