一种三维氧化锌纳米条结构的制备方法及应用与流程

本发明涉及一种三维氧化锌纳米条结构的制备方法及应用。

背景技术：

ZnO(氧化锌)是Ⅱ-Ⅵ族宽禁带直接带隙化合物半导体，其为六角钎锌矿结构，在室温下其禁带宽度约为3.37eV。三维氧化锌纳米条结构在晶格、光电、压电、气敏、压敏等许多方面具有优异的性能，热稳定性高，在表面声波器件、太阳能电池、气敏和压敏器件等很多方面得到了较为广泛的应用，在紫外探测器等诸多领域也有着巨大的开发潜力。而且三维氧化锌纳米条结构的许多制作工艺与集成电路工艺相容，可与硅等多种半导体器件实现集成化，因而备受人们重视，具有广阔的发展前景。

目前，三维氧化锌纳米结构制备方法多种多样，主要有：气相沉积法、射频溅射法、化学分子束蒸发沉积、喷雾热分解法、双离子束溅射沉积法、脉冲激光沉积、以及溶胶-凝胶法等，但是，以上方法都比较繁琐，制备过程较为复杂。因此，寻找一种工艺简单、条件温和的制备三维氧化锌纳米条结构的方法具有重要意义，也是是研究的重点所在。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种三维氧化锌纳米条结构的制备方法，工艺简单，设备要求低，产品纯度高。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明涉及一种三维氧化锌纳米条结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锌片依次用乙醇、水在超声条件下清洗；

(2)将无水乙醇和浓盐酸混合均匀后加入反应釜中，将处理过的锌片浸入混合液，密闭反应釜中进行反应，反应结束后，冷却至室温，依次用乙醇、二次蒸馏水冲洗干净，干燥，即制得三维氧化锌纳米条结构。

优选地，所述步骤(1)中超声清洗时间为10～20min。

优选地，所述步骤(2)中无水乙醇和浓盐酸的体积比为20～200：1。

优选地，所述步骤(2)中浓盐酸浓度不小于8mol/L。

优选地，所述步骤(2)中反应温度为40℃～100℃。

优选地，所述步骤(2)中反应时间为4～8h。

本发明还提供了一种三维氧化锌纳米条结构的应用，所述制备方法制备出的三维氧化锌纳米条可用作电化学传感电极应用于电化学传感器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明所述的一种三维氧化锌纳米条结构的制备方法，工艺简单，设备要求低，所制备出来的产物纯度高、分散性好、晶形好且可控制，生产成本低，重现性好。所制备出的三维氧化锌纳米条结构具有较大的比表面积，作为传感器材料可以与待测物充分接触，使电催化反应充分高效。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例1制备的三维氧化锌纳米条结构的扫描电子显微镜照片(SEM)；

图2为实施例1制备的三维氧化锌纳米条结构对水合肼进行电化学检测的循环伏安图(CV)；

其中，1为pH＝13的氢氧化钠溶液中未加入水合肼的循环伏安曲线；

2为pH＝13的氢氧化钠溶液中加了0.05mM水合肼的循环伏安曲线；

3为pH＝13的氢氧化钠溶液中加了0.1mM水合肼的循环伏安曲线；

图3为裸锌对肼进行电化学检测的循环伏安图(CV)；

其中，1为洁净的未生长氧化锌的锌片在pH＝13的氢氧化钠溶液中未加水合肼的线性扫描伏安图；

2为洁净的未生长氧化锌的锌片在pH＝13的氢氧化钠溶液中加了0.05mM水合肼的线性扫描伏安图；

3为洁净的未生长氧化锌的锌片在pH＝13的氢氧化钠溶液中加了0.1mM水合肼的线性扫描伏安图；

图4为氧化锌的时间电流曲线(I-T图)；

图5为实施例2制备的三维氧化锌纳米条结构的扫描电子显微镜照片(SEM)；

图6为实施例3制备的三维氧化锌纳米条结构的扫描电子显微镜照片(SEM)；

图7为实施例4制备的三维氧化锌纳米条结构的扫描电子显微镜照片(SEM)；

图8为实施例5制备的三维氧化锌纳米条结构的扫描电子显微镜照片(SEM)。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，例如Sambrook等分子克隆：实验室手册(New York:Cold Spring Harbor Laboratory Press,1989)中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1：

本实施例涉及一种三维氧化锌纳米条结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锌片依次放入乙醇、水中进行超声清洗15min；

(2)将20mL无水乙醇和0.1mL12mol/L的浓盐酸混合均匀后加入60mL反应釜中，将处理过的锌片浸入混合液中，密闭反应釜，在80℃下反应6小时，反应结束后，自然冷却至室温，依次用乙醇、二次蒸馏水冲洗干净，室温干燥，即制得三维氧化锌纳米条结构，如图1所示。

将实施例1制备好的包覆三维氧化锌纳米条结构的锌片，直接用来作为电极，应用于电化学性质测试。以NaOH溶液作为电解质，对水合肼进行检测。

取10mL 0.1mol/L NaOH溶液作为电解质溶液放入电解槽中，将实施例1中制备的电极作为工作电极，设定好相关参数，在未加入肼时测循环伏安曲线，图2中曲线1所示，然后用微量进样器取50μL 0.01mol/L的肼注入电解槽，测量得图2中曲线2，电解槽中肼的浓度为0.05mmol/L。比较曲线1和2可发现，在电势0.6V，有相应的较大电流变化，说明该电极对肼有电化学响应，再继续加入50μL 0.01M的肼，测得的循环伏安曲线3在电势0.6V有更强的电流响应，而此时电解槽中的肼的浓度为0.1mmol/L。从图2中我们可以看到，曲线3与曲线1电流峰差值是曲线2与曲线1电流峰差值的2倍。并且曲线3时电解槽中水合肼的浓度(0.1mmol/L)是曲线2时电解槽中水合肼的浓度(0.05mmol/L)的2倍，说明响应电流与肼浓度呈线性关系。

为了验证电流响应是由三维氧化锌纳米条结构引起而非锌片的直接作用，本发明提供了对比实验。即将洁净的未生长氧化锌的锌片，且规格相同的锌片作为工作电极检测肼，结果发现在加了50μL浓度为0.01mol/L水合肼和加了100μL浓度为0.01mol/L水合肼，如图3中曲线2和曲线3所示，在电势0.6V处电流响应较小，与未加肼的循环伏安去曲线几乎重合，如图3中曲线1所示，这充分证明本发明提供的电极对水合肼有电化学响应。

为进一步研究本发明的电化学性质，还做了电极的时间-电流曲线图，如图4所示。即每隔50秒，加入相同或不同浓度的肼，每加一次都会产生一个台阶，直到不再产生台阶为止。测得本发明实施例1制备的电极对肼响应时间平均小于3秒，检测限为0.1μM，线性范围是0.05～1050mM，表明该电极可以作为肼的电化学传感器。

实施例2：

本实施例涉及一种三维氧化锌纳米条结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锌片依次放入乙醇、水中进行超声清洗20min；

(2)将20mL无水乙醇和0.4mL 10mol/L的浓盐酸混合均匀后加入60mL反应釜中，将处理过的锌片浸入混合液中，密闭反应釜，在40℃下反应4小时，反应结束后，自然冷却至室温，依次用乙醇、二次蒸馏水冲洗干净，室温干燥，即制得三维氧化锌纳米条结构，如图5所示。

实施例3：

本实施例涉及一种三维氧化锌纳米条结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锌片依次放入乙醇、水中进行超声清洗15min；

(2)将20mL无水乙醇和1.0mL 12mol/L的浓盐酸混合均匀后加入60mL反应釜中，将处理过的锌片浸入混合液中，密闭反应釜，在90℃下反应5小时，反应结束后，自然冷却至室温，依次用乙醇、二次蒸馏水冲洗干净，室温干燥，即制得三维氧化锌纳米条结构，如图6所示。

实施例4：

本实施例涉及一种三维氧化锌纳米条结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锌片依次放入乙醇、水中进行超声清洗10min；

(2)将20mL无水乙醇和0.2mL 8mol/L的浓盐酸混合均匀后加入60mL反应釜中，将处理过的锌片浸入混合液中，密闭反应釜，在50℃下反应7小时，反应结束后，自然冷却至室温，依次用乙醇、二次蒸馏水冲洗干净，室温干燥，即制得三维氧化锌纳米条结构，如图7所示。

实施例5：

本实施例涉及一种三维氧化锌纳米条结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锌片依次放入乙醇、水中进行超声清洗15min；

(2)将20mL无水乙醇和0.2mL 11mol/L的浓盐酸混合均匀后加入60mL反应釜中，将处理过的锌片浸入混合液中，密闭反应釜，在100℃下反应8小时，反应结束后，自然冷却至室温，依次用乙醇、二次蒸馏水冲洗干净，室温干燥，即制得三维氧化锌纳米条结构，如图8所示。

本发明所述的一种三维氧化锌纳米条结构的制备方法，是在密闭的高温高压反应釜中，采用乙醇做反应溶剂，通过加热反应体系，产生一个高压环境而进行材料制备的一种有效方法。本发明选择在锌片上生长三维氧化锌纳米条结构，是基于锌片在酸性条件下，高压加热，能在表面生成一层三维氧化锌纳米条结构。本发明制备方法产物纯度高、分散性好、晶形好且可控制，生产成本低，重现性好。所制备出的三维氧化锌纳米条结构具有较大的比表面积，作为传感器材料可以与待测物充分接触，使电催化反应充分高效。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。