专利名称：一种有机弱碱合成ZnO纳米结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种合成ZnO纳米结构的方法,尤其涉及一种有机弱碱合成ZnO纳米结构的方法。
背景技术：
ZnO是重要的II-VI低成本半导体材料，被广泛应用于催化剂，压敏器件，光电子和光电化学，近年来越来受到人们的关注。目前ZnO纳米棒的制备方法主要包括气相热化学合成法、金属有机化学气相沉积、物理热蒸发法、分子束外延法、模板法和化学热液法等。相对而言，化学热液法具有设备简单，反应条件温和，无需催化剂，环境友好等特点。一般传 统热液法制备ZnO纳米结构的工艺用六亚甲基四胺或者氢氧化钠作为反应剂，通常也会添加一些表面活性剂或者络合剂。ZhouYing等人通过添加聚乙烯，利用热液法调整反应温度95°C 反应4h,制备了氧化锋纳米棒(Ying Zhou et al. Materials Research Bulletin, 43，2113(2008))。EIJI H0S0N0等人以醋酸锌为原料，通过控制酒精-水的比例，没有添加碱，制备出球状 ZnO 纳米结构(EIJI H0S0N0 et al. J SOL-GEL SCI TECHN. ,29,71 (2004))。Sriparna Chatterjee等人以硝酸锌作为锌源,添加十六烧基三甲基溴化铵,在90°C反应爸中反应 12h，制备出板型 ZnO 晶体(Sriparna Chatterjee et al. J NANOSCI NAN0TECHN0.,11,10379(2011))。由此可见，通过热液法，不同的溶剂体系可以制备出不同形貌的ZnO结构。本方法首次利用有机弱碱替代传统的六亚甲基四胺制备出不同形态的ZnO纳米结构。与传统方法相比，本发明的新颖之处在于有机弱碱在实验中即作为原料，又可以作为溶剂，通过改变反应介质中的有机弱碱含量控制纳米颗粒形态。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种有机弱碱合成ZnO纳米结构的方法。该方法具有合成工艺简单，无需添加表面活性剂或络合剂，成本低，适合大规模生产的优点。本发明的技术方案为一种有机弱碱合成ZnO纳米结构的方法，其具体步骤如下将醋酸锌加入到介质中搅拌，配得Zn2+浓度为O. 01 O. 04M的醋酸锌溶液；然后将醋酸锌溶液置于80 95°C恒温水浴槽中反应I 3h，自然冷却；再将产物离心分离，洗涤，烘干，得到纳米结构ZnO ;其中所述的介质为有机弱碱或者是水与有机弱碱的混合溶液。优选所述有机弱碱为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、甲酰胺、六甲基磷酰三胺或N，N-二甲基丙酰胺。优选水与有机弱碱的混合溶液中水与有机弱碱的体积比为1:4 4:1。优选将醋酸锌加入到介质中的搅拌时间为10 30min ;优选离心分离的转速为2000 4000rpm,离心分离时间为5 15min。优选上述的烘干温度为180 22CTC。优选洗涤过程为先用去离子水洗涤产物3 5次，再用无水乙醇洗涤3 5次。有益效果
I)传统制备ZnO纳米结构的热液法工艺常以六亚甲基四胺作为反应剂，存在需要添加表面活性剂或者络合剂等缺点。本发明的最大特点在于使用有机弱碱替代六亚甲基四胺，其即作为溶剂，又可以作为反应剂，在不用添加任何辅助物的条件下，合成出ZnO纳米结构。2)本发明方法所用的设备简单，没有用到大型或者是专用设备，技术门槛低，易操作，成本低，适宜于大规模生产。
图I是有机弱碱与水不同体积比下制备的ZnO纳米结构扫描电镜图；图2是有机弱碱与水不同体积比下制备的ZnO纳米结构XRD图。
具体实施例方式通过下述实例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。实施例I称取O. 2195gZn(CH3COO)2 · 2H20放入烧杯中，然后量取50ml 二甲基乙酰胺加入到烧杯中，400转/分钟速度下机械搅拌lOmin，得到浑浊的溶液。再将上述反应溶液置于80°C的恒温水浴箱中，反应lh。反应结束，自然冷却至室温。2000转/分钟速度下离心分离5min得到产物。将产物用去离子水洗涤3次和无水乙醇分别洗涤5次，然后在180°C干燥3h，得到ZnO纳米结构粉体。图Ia为本实施例合成粉体的X射线衍射图，图中的谱线峰与JCPDS，NO. 36-1451卡片基本相符，XRD衍射图谱中三个特征强峰出现在2 Θ =31. 20°、34.20° ,35. 60° ;这三个强峰分别对应ZnO的(100)、(002)、(101)面，并且在47. 50°、
56.60。>62. 90°附近出现了较弱的Zn0(102)、(110)、(103)面的衍射峰，表明所制备的样品为六方相ZnO晶体，其结晶性良好。图2a为本施例合成粉体的扫描电镜图，可见ZnO纳米材料呈颗粒状，产物直径约为60nm。实施例2称取O. 2195gZn(CH3COO)2 ·2Η20放入烧杯中，然后量取IOOml体积比为1:4的水与二甲基甲酰胺加入到烧杯中，500转/分钟速度下机械搅拌13min，得到浑浊的溶液。再将上述反应溶液置于80°C的恒温水浴箱中，反应I. 5h。反应结束，自然冷却至室温。2500转/分钟速度下离心分离IOmin得到产物。将产物用去离子水洗涤5次和无水乙醇分别洗涤3次，然后在190°C干燥4h，得到ZnO纳米结构粉体。图Ib为本实施例合成粉体的X射线衍射图，图中的谱线峰与JCPDS，NO. 36-1451卡片基本相符，XRD衍射图谱中三个特征强峰出现在 2 0=31.20。,34. 20° ,35. 60° ;这三个强峰分别对应 ZnO 的(100)、(002)、(101)面，并且在47. 50° ,56. 60° ,62. 90°附近出现了较弱的Zn0(102)、(110)、(103)面的衍射峰，表明所制备的样品为六方相ZnO晶体，其结晶性良好。图2b为本施例合成粉体的扫描电镜图，可见ZnO纳米材料呈汉堡状,粒径约为lOOnm。实施例3称取O. 7024gZn(CH3COO)2 · 2H20放入烧杯中，然后量取80ml体积比为2:3的水与甲酰胺加入到烧杯中，700转/分钟速度下机械搅拌15min，得到浑浊的溶液。再将上述反应溶液置于90°C的恒温水浴箱中，反应I. 5h。反应结束，自然冷却至室温。3000转/分钟速度下离心分离12min得到产物。将产物用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后在190°C干燥3h，得到ZnO纳米结构粉体。图Ic为本实施例合成粉体的X射线衍射图，图中的谱线峰与JCPDS，N0. 36-1451卡片基本相符，XRD衍射图谱中三个特征强峰出现在2 Θ =31. 20。、34.20° ,35. 60° ;这三个强峰分别对应ZnO的(100)、(002)、(101)面，并且在47. 50°、
56.60。>62. 90°附近出现了较弱的Zn0(102)、(110)、(103)面的衍射峰，表明所制备的样品为六方相ZnO晶体，其结晶性良好。图2c为本施例合成粉体的扫描电镜图，可见ZnO纳米材料呈孪晶螺帽状，直径约为200-300nm，长为3_5 μ m。实施例4称取O. 3725gZn(CH3COO)2 · 2H20放入烧杯中，然后量取IOOml体积比为3:2的水与六甲基磷酰三胺加入到烧杯中，600转/分钟速度下机械搅拌20min，得到浑浊的溶液。再将上述反应溶液置于90°C的恒温水浴箱中，反应3h。反应结束，自然冷却至室温。2000 转/分钟速度下离心分离8min得到产物。将产物用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后在185°C干燥3h，得到ZnO纳米结构粉体。图Id为本实施例合成粉体的X射线衍射图，图中的谱线峰与JCPDS，NO. 36-1451卡片基本相符，XRD衍射图谱中三个特征强峰出现在
2Θ =31. 20。,34. 20。,35. 60。;这三个强峰分别对应 ZnO 的(100)、(002)、(101)面，并且在47.50。,56. 60° ,62. 90°附近出现了较弱的Zn0(102)、(110)、(103)面的衍射峰，表明所制备的样品为六方相ZnO晶体，其结晶性良好。图2d为本施例合成粉体的扫描电镜图，可见ZnO纳米材料呈纳米棒状，直径约为300-400nm，长约5_6 μ m。实施例5称取O. 301IgZn(CH3COO)2 · 2H20放入烧杯中，然后量取60ml体积比为1:4的水与N，N- 二甲基丙酰胺加入到烧杯中，500转/分钟速度下机械搅拌25min，得到浑浊的溶液。再将上述反应溶液置于95°C的恒温水浴箱中，反应2. 5h。反应结束，自然冷却至室温。3000转/分钟速度下离心分离14min得到产物。将产物用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后在215°C干燥3h，得到ZnO纳米结构粉体。图Ie为本实施例合成粉体的X射线衍射图，图中的谱线峰与JCPDS，NO. 36-1451卡片基本相符，XRD衍射图谱中三个特征强峰出现在 2 0=31.20。,34. 20° ,35. 60° ;这三个强峰分别对应 ZnO 的(100)、(002)、(101)面，并且在47. 50° ,56. 60° ,62. 90°附近出现了较弱的Zn0(102)、(110)、(103)面的衍射峰，表明所制备的样品为六方相ZnO晶体，其结晶性良好。图2e为本施例合成粉体的扫描电镜图，可见ZnO纳米材料呈长纳米棒状，直径约为400-500nm，长8_10 μ m。这种ZnO纳米棒具有较高的发光效率和较好的稳定性，可望应用于照明、显示及激光等领域中。
权利要求
1.一种有机弱碱合成ZnO纳米结构的方法，其具体步骤如下 将醋酸锌加入到介质中搅拌，配得Zn2+浓度为O. 01 O. 04M的醋酸锌溶液；然后将醋酸锌溶液置于80 95°C恒温水浴槽中反应I 3h，自然冷却；再将产物离心分离，洗涤，烘干，得到纳米结构ZnO ;其中所述的介质为有机弱碱或者是水与有机弱碱的混合溶液。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述有机弱碱为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、甲酰胺、六甲基磷酰三胺或N，N- 二甲基丙酰胺。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于水与有机弱碱的混合溶液中水与有机弱碱的体积比为1:4 4: I。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于将醋酸锌加入到介质中的搅拌时间为10 30mino
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于离心分离的转速为2000 4000rpm,离心分离时间为5 15min。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述的烘干温度为180 220°C。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于洗涤过程为先用去离子水洗涤产物3 5次，再用无水乙醇洗涤3 5次。
全文摘要
本发明涉及一种有机弱碱合成ZnO纳米结构的方法，将醋酸锌加入到介质中搅拌，配得Zn2+浓度为0.01～0.04M的醋酸锌溶液；然后将醋酸锌溶液置于80～95℃恒温水浴槽中反应1～3h，自然冷却；再将产物离心分离，洗涤，烘干，得到纳米结构ZnO；其中所述的介质为有机弱碱或者是水与有机弱碱的混合溶液；所述的介质既可作为溶剂，又可作为反应剂。通过改变有机弱碱-水体积比制备出不同氧化锌纳米结构。本发明在没有添加任何其它表面活性剂或者络合剂的情况下，能够快速制备出不同ZnO纳米结构；具有工艺过程简单、原料广泛易得、控制效果显著，成本低，可实现工业化大规模生产等优点。
文档编号B82Y30/00GK102849780SQ20121033542
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者黄培, 冯魏良 申请人:南京工业大学