一种具有规则孔状结构氧化锌空心球的制备方法与流程

本发明涉及氧化锌空心球的制备方法，同时涉及到氧化锌表面孔状结构调节的技术领域，尤其是规则分布可控孔洞的技术领域。

背景技术：

氧化锌因独特的性能，在很多领域得到应用，比如：光催化，硫化活化，气体感应，太阳能电池，光电以及压电领域。不同结构的氧化锌表现出不同的性能，为了提高氧化锌的性能，人们尝试了各种方法去合成不同结构的氧化锌。z.l.wang等人(z.l.wang.novelnanostructuresofznofornanoscalephotonics,optoelectronics,piezoelectricity,andsensing)通过气相法合成氧化锌纳米带，并且探究了其在光电，压电以及感应等领域的应用潜力。通常，合成氧化锌的方法可以分成气相法，液相法以及固相法。其中，工业生产主要应用液相法，过程简单，成本较低且技术相对成熟。液相法包括均匀沉淀法、直接沉淀法、水热合成法、溶胶一凝胶法、喷雾热分解法、超声波合成法等。沉淀法、水热合成法以及溶胶一凝胶法通常分为两个过程，溶液中所得产物需要经过高温煅烧制备氧化锌，而喷雾热分解法只需一步实验过程且产物无需经过任何后处理，直接使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有规则孔洞结构氧化锌空心球的制备方法，通过高温热解，制得氧化锌空心球，大大降低了氧化锌的密度同时提高了氧化锌的比表面积。氧化锌空心球表面分布着规则的孔洞，孔洞的大小根据需要可以调控。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种具有规则孔洞状结构氧化锌空心球的制备方法，其包括如下步骤：

1)制备一定浓度的硝酸锌蔗糖混合溶液，超声溶解后密封备用；

2)通过蠕动泵将硝酸锌蔗糖混合溶液滴加至雾化器中，雾化器中液面的高度通过蠕动泵的速度调节，雾化量以及雾珠大小由液面高度控制；雾珠在空压机作用下，由空气载入管式炉腔内。

3)在高温煅烧下，硝酸锌分解生成氧化锌，水珠汽化形成空心结构，蔗糖分解形成表面孔洞结构，产物通过定性滤纸收集。

优选的，步骤1)所述的一定浓度混合液是指硝酸锌浓度控制在20mg/l-300mg/l范围，蔗糖浓度为10mg/l-400mg/l。其中，硝酸锌与蔗糖的摩尔比是1：0.5-1。

更优选地，蠕动泵的输液速度是6ml/分钟，雾化器中液面高度是1-2cm，管式炉的温度控制在600-800℃。

本发明的优点在于：1、快速合成氧化锌晶体，合成过程简单易重复且无需后处理。2、空心结构的氧化锌，有效的降低了粉体的密度以及团聚现象，同时，大大的提高了晶体的比表面积。3、氧化锌空心球的壁厚可以通过浓度以及温度调控，孔洞大小以及个数可以通过稳定剂种类以及含量进行调节。4、氧化锌空心球表面规则的分布着孔洞，使其具有巨大的潜力。

附图说明

图1是实施案例1的扫描电子显微镜图片；

图2是实施案例1的x射线衍射图谱；

图3是实施案例1的透射电子显微镜图片；

图4是实施案例2的扫描电子显微镜图片；

图5是实施案例2的x射线衍射图谱；

图6是实施案例2的透射电子显微镜图片；

图7是实施案例3的扫描电子显微镜图片；

图8是实施案例3的x射线衍射图谱；

图9是实施案例3的透射电子显微镜图片；

图10是实施案例4的扫描电子显微镜图片；

图11是实施案例5的扫描电子显微镜图片。

具体实施方式

本发明提供了一种表面规则分布孔洞的氧化锌空心球的制备方法，其包括如下过程：1)制备一定浓度的硝酸锌蔗糖混合溶液，超声溶解；2)通过蠕动泵将混合溶液滴加至雾化器中，雾珠在管式炉中发生高温热解反应，产品通过过滤收集。

为了得到各种结构的氧化锌空心球，硝酸锌与蔗糖的浓度以及比例进行了多次调整，对比实验结果，得到不同参数下氧化锌结构。

实施例1

1)硝酸锌蔗糖混合液的制备

准确称量5.9g硝酸锌以及3.4g蔗糖，混合加入100ml去离水中，超声溶解。

2)雾化混合溶液

将1)中的混合溶液通过蠕动泵滴加至雾化器中，速度为6ml/分钟。雾化器将氧化锌液滴雾化成雾珠，控制雾化器的液面高度为1cm，在空压机的作用下，通过空气将雾珠载入管式炉中。

3)高温热解

在700℃高温作用下，硝酸锌热解形成氧化锌晶体，雾珠里水份迅速蒸发形成中空结构，同时，蔗糖热解在氧化锌表面形成规则的孔洞结构。最后，产物通过过滤收集。所得产物的sem图如图1所示，xrd结果如图2所示，透射电子显微镜图片如图3所示。

观察图一可以得到，氧化锌表面规则地分布着纳米级孔洞，孔洞直径在50nm左右，由投射电子显微镜图片可以清楚地观察到氧化锌空心球，壁厚在400nm左右，粒径大约10μm。对比六角晶系氧化锌标准衍射图谱可知，所得氧化锌晶体为六角晶系。

实施例2

1)硝酸锌蔗糖混合液的制备

准确称量2.9g硝酸锌以及1.1g蔗糖，混合加入100ml去离水中，超声溶解。

2)雾化混合溶液

将1)中的混合溶液通过蠕动泵滴加至雾化器中，速度为8ml/分钟。雾化器将氧化锌液滴雾化成雾珠，控制雾化器的液面高度为1.5cm，在空压机的作用下，通过空气将雾珠载入管式炉中。

3)高温热解

在800℃高温作用下，硝酸锌热解形成氧化锌晶体，雾珠里水份迅速蒸发形成中空结构，同时，蔗糖热解在氧化锌表面形成规则的孔洞结构。最后，产物通过过滤收集。所得产物的sem图如图4所示，xrd结果如图5所示，透射电子显微镜图片如图6所示。

观察图4可以得到，氧化锌表面规则地分布着纳米级孔洞，孔洞直径在100nm左右，由投射电子显微镜图片可以清楚地观察到氧化锌空心球，壁厚在100nm左右，粒径大约10μm。对比六角晶系氧化锌标准衍射图谱可知，所得氧化锌晶体同样为六角晶系。

实施例3

1)硝酸锌蔗糖混合液的制备

准确称量11.8g硝酸锌以及3.4g蔗糖，混合加入100ml去离水中，超声溶解。

2)雾化混合溶液

将1)中的混合溶液通过蠕动泵滴加至雾化器中，速度为4ml/l。雾化器将氧化锌液滴雾化成雾珠，控制雾化器的液面高度为1cm，在空压机的作用下，通过空气将雾珠载入管式炉中。

3)高温热解

在600℃高温作用下，硝酸锌热解形成氧化锌晶体，雾珠里水份迅速蒸发形成中空结构，同时，蔗糖热解在氧化锌表面形成规则的孔洞结构。最后，产物通过过滤收集。所得产物的sem图如图7所示，xrd结果如图8所示，透射电子显微镜图片如图9所示。

观察图7可以得到，氧化锌表面规则地分布着纳米级孔洞，孔洞直径在10nm左右，由投射电子显微镜图片可以清楚地观察到氧化锌空心球，壁厚在50nm左右，粒径大约1μm。对比六角晶系氧化锌标准衍射图谱可知，所得氧化锌晶体同样为六角晶系。

实施例4

1)硝酸锌蔗糖混合液的制备

准确称量2.9g硝酸锌以及3.4g蔗糖，混合加入100ml去离水中，超声溶解。

2)雾化混合溶液

将1)中的混合溶液通过蠕动泵滴加至雾化器中，速度为10ml/分钟。雾化器将氧化锌液滴雾化成雾珠，控制雾化器的液面高度为1.5cm，在空压机的作用下，通过空气将雾珠载入管式炉中。

3)高温热解

在800℃高温作用下，硝酸锌热解形成氧化锌晶体，雾珠里水份迅速蒸发形成中空结构，同时，蔗糖热解在氧化锌表面形成规则的孔洞结构。最后，产物通过过滤收集。

实施例5

1)硝酸锌蔗糖混合液的制备

准确称量29.7g硝酸锌以及34.2g蔗糖，混合加入100ml去离水中，超声溶解。

2)雾化混合溶液

将1)中的混合溶液通过蠕动泵滴加至雾化器中，速度为3ml/分钟。雾化器将氧化锌液滴雾化成雾珠，控制雾化器的液面高度为1cm，在空压机的作用下，通过空气将雾珠载入管式炉中。

3)高温热解

在600℃高温作用下，硝酸锌热解形成氧化锌晶体，雾珠里水份迅速蒸发形成中空结构，同时，蔗糖热解在氧化锌表面形成规则的孔洞结构。最后，产物通过过滤收集。