本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种三维氧化锌纳米自组装结构的制备方法。
背景技术：
zno作为一种重要的宽带隙半导体，其激子束缚能为60mev，且具有高电子迁移率的特点，在许多领域得到广泛应用，如太阳能电池、气敏元件、led以及光催化等。
zno的性能及应用与其微结构（尤其是形貌和维度）有着紧密联系。0维zno纳米结构，如纳米粒等；一维zno纳米结构，如纳米棒、纳米线等；二维zno纳米结构，如纳米片，纳米带等；三维zno纳米结构，如纳米球，纳米花等。目前研究者们正致力于将低维度的纳米级结构组装成三维结构以获得更好的性能。chen等借助表面活性剂十六烷基硫酸钠通过纳米片组装成花状zno纳米结构。shi和sun等报道了由剑状和针状纳米棒组装的花状zno纳米结构。然而，大部分报道的花状zno纳米结构以粉末的形式存在，限制了应用且给回收带来了困难。而选择将zno结构沉积在si片或ito玻璃上则会带来成本昂贵、工艺复杂的问题。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种工艺简单，无需催化剂，并在相对较低的温度下可获得性能良好的三维zno纳米结构的制备方法。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所述的一种制备三维氧化锌纳米自组装结构的方法，它包括以下步骤，
（1）锌箔预处理：用不同目数的砂纸依次对锌箔进行打磨抛光，然后用再依次用丙酮、无水乙醇、去离子水对锌箔进行超声清洗5-20min，烘干待用；
（2）配制溶液：称量2.2-3.4gnaoh和7.68gzn(ac)2•2h2o溶解于100ml去离子水中；
（3）将锌箔与混合溶液放入特氟龙内衬不锈钢反应釜中进行水热反应，水热反应温度为60-150℃，反应时间为5-15h；
（4）将步骤（3）得到的产物用去离子水清洗、烘干；
（5）将步骤（4）得到的产物在马弗炉中退火，退火温度为300℃-700℃，退火时间为2-6h，即得到zno纳米自组装结构。
通过对氢氧根离子浓度进行微调节，对三维氧化锌纳米自组装结构微观形貌进行控制，其中氢氧根离子浓度的调节范围为0.1-3.5摩尔/升。
通过调节反应溶液中反应原料的浓度来调控反应液中氢氧根离子浓度，其调节范围为0.1-3.5摩尔/升。
本发明制备的三维zno纳米结构可作为光催化剂应用于环境污染治理领域。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：
（1）选择以锌箔为基底沉积zno纳米结构，降低了成本；
（2）不使用催化剂，反应温度相对较低，工艺简单化，且避免了引入不必要的杂质，较易实现zno纳米结构的制备；
（3）通过简单的调控氢氧根离子的浓度可实现zno三维纳米结构的形貌可控制备；
（4）合成的zno三维纳米结构光性能表现良好，在光催化领域降解污染物具有很大潜力。
附图说明
图1是氢氧根浓度分别为0.85摩尔/升时制备的氧化锌纳米结构的表面形貌图；
图2是氢氧根浓度为0.85摩尔/升时制备的zno纳米结构的xrd图；
图3是氢氧根浓度为0.85摩尔/升时制备的zno纳米结构uv-vis图；
图4是浓度为0.85m摩尔/升的样品和商用zno对模拟污染物亚甲基蓝的光降解效率曲线图；
图5是氢氧根浓度分别为0.55摩尔/升时制备的氧化纳米结构的表面形貌图；
图6是氢氧根浓度分别为0.65摩尔/升时制备的氧化纳米结构的表面形貌图；
图7是氢氧根浓度分别为0.75摩尔/升时制备的氧化纳米结构的表面形貌图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
（1）锌箔预处理：将尺寸为1.5cm
（2）称量3.4gnaoh和7.68gzn(ac)2•2h2o溶解于100ml去离子水中，溶液中氢氧根浓度为0.85摩尔/升；
（3）将处理好的锌箔与上述氢氧根浓度的混合溶液放入特氟龙内衬不锈钢反应釜分别进行水热反应，反应温度为70℃，反应时间为12h；
（4）将步骤（3）中得到的产物用去离子水清洗，置于烘箱中烘2h；
（5）将步骤（4）中得到的产物置于马弗炉中退火，退火温度为300℃，退火时间为4h，得到zno纳米结构。
实施例1中的得到的样品的扫描电镜（sem）图如图1所示。当氢氧根离子浓度为0.85摩尔/升时，出现了大量的层序花状氧化锌结构，分布均匀。单独花状结构由尺寸均匀的纳米棒组成，并呈现放射状，具有高度的对称性。图2是氢氧根浓度为0.85摩尔/升时制备的zno纳米结构的xrd图谱。图2表明制得的样品是六方纤维锌矿结构，且结晶度和纯度较高，无其他杂质。图3是氢氧根浓度为0.85摩尔/升时制备的zno纳米结构uv-vis图，通过计算可得制备的样品直接带隙为3.37ev。图4是氢氧根浓度为0.85摩尔/升时的样品和商用zno粉末对模拟污染物亚甲基蓝的光降解效率曲线图。从图中可以看出，相较于商用zno粉末对模拟污染物66%的光降解效率，制备的样品光降解效率在210min时达到91.9%，有了很大的提升，说明制备的产品在环境污染治理领域具有很大的应用潜力。
实施例2
（1）锌箔预处理：将尺寸为1.5cm
（2）称量2.2gnaoh和7.68gzn(ac)2•2h2o溶解于100ml去离子水中，溶液中氢氧根浓度为0.55摩尔/升；
（3）将处理好的锌箔与上述混合溶液放入特氟龙内衬不锈钢反应釜分别进行水热反应，反应温度为60℃，反应时间为12h；
（4）将步骤（3）中得到的产物用去离子水清洗，置于烘箱中烘2h；
（5）将步骤（4）中得到的产物置于马弗炉中退火，退火温度为600℃，退火时间为3h，得到zno纳米结构。
实施例2中所制得的样品的扫描电镜图如5所示。由图中可以看出，当氢氧根浓度为0.55摩尔/升时，花状氧化锌纳米结构数量较少，且分布不均匀，有些区域出现堆积现象，但有些地方几乎没有结构。组成花状结构的基本单元纳米棒的长度与直径不均匀，端点处形状不规则。
实施例3
（1）锌箔的预处理：将尺寸为1.5cm
（2）称量2.6gnaoh和7.68gzn(ac)2•2h2o溶解于100ml去离子水中，溶液中氢氧根浓度分别为0.65摩尔/升；
（3）将处理好的锌箔与上述混合溶液放入特氟龙内衬不锈钢反应釜分别进行水热反应，反应温度为100℃，反应时间为7h；
（4）将步骤（3）得到的产物用去离子水清洗，烘箱中烘2h；
（5）将步骤（4）得到的产物置于马弗炉中退火，退火温度为600℃，退火时间为3h，得到zno纳米结构。
实施例3中制得的氧化锌结构的扫描电镜图如图6所示。由图可得，当氢氧根浓度为0.65摩尔/升时，出现了更多的花状氧化锌纳米结构，其基本单元纳米棒的长度和直径较为均匀，且端点处形貌规则。
实施例4
（1）锌箔的预处理：将尺寸为1.5cm
（2）称量3gnaoh和7.68gzn(ac)2•2h2o溶解于100ml去离子水中，溶液中氢氧根浓度分别为0.75摩尔/升；
（3）将处理好的锌箔与上述混合溶液放入特氟龙内衬不锈钢反应釜分别进行水热反应，反应温度为100℃，反应时间为12h；
（4）将步骤（3）得到的产物用去离子水清洗，烘箱中烘2h；
（5）将步骤（4）得到的产物置于马弗炉中退火，退火温度为500℃，退火时间为3h，得到zno纳米结构。
实施例4中制得的氧化锌结构的扫描电镜图如图7所示。由图可得，当氢氧根浓度为0.75摩尔/升时，层序花状氧化锌纳米结构数量增多，其基本单元纳米棒的长度和直径均匀，且端点处形貌规则。
本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。