一种氧化锌/二氧化钛复合纳米材料的制备方法与流程

本发明涉及一种氧化锌/二氧化钛复合纳米材料的制备方法，属于复合纳米材料制备领域。

背景技术：
在众多的半导体氧化物中，氧化锌(ZnO)是一种重要的直接带隙半导体，具有较宽的带隙(3.37eV)和较高的激子束缚能(60meV)，在室温下即可观测到很强的激子发光。特别是氧化锌无毒性，环境稳定和兼容性好，价格低廉，而且氧化锌纳米结构容易制备。氧化锌这些优异的性能，使其纳米材料已经广泛应用于众多领域，如光催化材料、光伏材料、传感器、压电材料、紫外光检测、发光二极管以及纳米激光器等。二氧化钛(TiO2)与氧化锌的带隙相同，同样具有很好的环境和生物兼容性。许多报道也证实由于二氧化钛和氧化锌的耦合和协调作用，可以提高光生电子和光生空穴的复合几率。因此氧化锌/二氧化钛复合纳米结构不仅能提高材料的性能，而且具有环境和生物兼容性好的优点，在光伏材料、光催化材料、自清洁材料等具有广阔的应用前景。相比于氧化锌纳米颗粒，一维氧化锌纳米材料结晶性更好，电子在一维氧化锌中具有更高的扩散速度和扩散长度，从而大幅度减小光生电子和光生空穴的复合，另外一维纳米材料间的空隙更加均匀和规则，有助于气体和液体在这些空隙中的输运。从而进一步提高其在太阳能电池、光催化应用上的性能。目前，制备具有一维纳米结构的氧化锌/二氧化钛的方法主要集中在纳米线阵列，利用液相法在生长好的氧化锌纳米线表面包覆一层二氧化钛纳米颗粒。这些方法步骤繁琐、成本高、产量低。而在溶液中直接合成氧化锌和二氧化钛复合纳米材料的报道还很少，其中较为代表性是发明专利CN103803663A公布了一种氧化锌/二氧化钛复合纳米材料的制备，采用高压水热法制备得到了颗粒状混合物。虽然该方法产量和其他方法相比有较大提高，但采用的高压环境(120～180个大气压)对设备要求高，反应时间也长达4～10个小时。因此一种常压下在溶液中直接合成大批量的一维氧化锌纳米线和二氧化钛颗粒复合纳米材料的开发很有必要。

技术实现要素：
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供氧化锌/二氧化钛复合纳米材料的制备方法，该方法能够在常压下，在溶液中直接大批量合成具有一维纳米结构的氧化锌/二氧化钛复合纳米材料，且产率高，制备成本低。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种氧化锌/二氧化钛复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1，取一定量的二氧化钛粉末分散于水中，再往溶液中加入所需量的可溶性锌盐和六次甲基四胺，搅拌得到分散溶液；步骤2，边搅拌边加热步骤1的分散溶液，使其在温度60～95℃下反应10～80min；步骤3，将步骤2反应后的沉淀物经过过滤、清洗并干燥处理即可得到氧化锌/二氧化钛复合纳米材料。其中，步骤1中，所述二氧化钛粉末的粒径为5～50nm，若二氧化钛的粒径大于50纳米，会降低产物的分散性效果。其中，步骤1中，所述可溶性锌盐为硝酸锌、醋酸锌、硫酸锌或氯化锌中的一种或任意几种的组合。其中，步骤1中，所述六次甲基四胺还可以用乙醇胺或尿素替代，若氨源选用强碱，如氨水或氢氧化钠时，产物为纳米颗粒的混合，无法得到一维纳米结构的产物。其中，步骤1中，所述分散溶液中，锌离子的浓度为0.01～0.5mol/L，等效氮元素浓度为锌离子浓度的2～8倍。其中，所述氧化锌/二氧化钛复合纳米材料中，二氧化钛的质量百分比含量为3～20％。本发明制备方法的原理：一维纳米结构的生长过程通常包含成核和生长两个阶段，首先由反应生成物过饱和形成籽晶(成核)，随后这些籽晶沿一个方向生长速度远高于其他方向形成一维纳米结构(各向异性生长)。成核需要较高的过饱和度和较激烈的反应环境，但各个方向生长速度差异较小，通常得到大量的纳米颗粒；而一维纳米结构的生长需要较温和的反应环境，温和的反应环境有利于获得一维纳米结构，但由于成核困难，一维纳米结构数量较少，产率较低。上述这两个阶段所要求的反应环境相冲突而且具有较大的差别。本发明中，采用加热时能在水中缓慢释放出氨基的原料与可溶性锌盐进行反应生成氧化锌，反应条件较为温和，有利于生成一维氧化锌纳米结构；同时加入的二氧化钛纳米颗粒和氧化锌亲和力较高，可以作为氧化锌生长的成核中心，解决了一维氧化锌纳米结构所需要的成...