尺寸可控的羟基锡酸锌纳米棒阵列的制备方法
【专利摘要】本发明提供的是一种尺寸可控的羟基锡酸锌纳米棒阵列的制备方法。将经清洗的锌片表面涂覆一层钛酸丁酯，放入装有浓度为0.5摩尔/升氢氧化钠溶液的高压釜中，在180摄氏度下恒温加热12小时，锌片依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，并在60-100摄氏度干燥6-12小时；将锌片放入到尿素、锡酸钾和水醇溶液组成的反应溶液中，其中尿素的浓度为0.1-1.0摩尔/升，锡酸钾的浓度为0.01-0.05摩尔/升，水醇溶液中无水乙醇的体积为30％；在60-90摄氏度恒温加热1-12小时；收集反应所得的锌片，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，在60摄氏度下恒温干燥10小时，得到最终产物。本发明的方法具有操作简单，实验条件温和，低耗能，无环境污染，可应用于大规模工业化生产等优点。
【专利说明】尺寸可控的羟基锡酸锌纳米棒阵列的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种无机纳米功能材料定列的制备方法，尤其涉及一种具有尺寸可控的羟基锡酸锌纳米棒阵列的制备方法。
【背景技术】
[0002]当今，环境污染与资源短缺问题已成为制约全球经济发展的至关重要问题，因此如何解决环境污染和资源短缺等阻碍人类社会可持续发展的问题己成为人们日益关注的全球性研究课题。设计与制备具有高性能高效率催化、光电和气敏等功能材料和器件技术，是解决和应对能源危机和环境污染问题的所有技术途径中最为关键、最为基础的技术途径。
[0003]羟基锡酸锌是20世纪80年代后期由国际锡研究所研制开发的一种新型阻燃抑烟剂，是典型的钙钛矿结构羟基化合物，具有优异的光催化、气敏、阻燃和抑烟等性能，兼具低毒性的特点，使其在塑料、橡胶制品和其他高分子材料工业中作为阻燃剂及抑烟剂得到了广泛的应用，并是一种效率较高的光催化剂，研究还发现羟基锡酸锌是一种对苯降解极为有效的光催化剂。羟基锡酸锌是解决能源和环境问题的关键功能材料之一。
[0004]目前，人们已通过水热法、共沉淀法及机械球磨法等合成出了多种形貌与尺寸的羟基锡酸锌，由于羟基锡酸锌的形貌、尺寸以及组织结构对其阻燃性能和光催化性能具有重要影响，因此对不同形貌及尺寸的羟基锡酸锌的控制合成引起了人们的广泛关注。目前的研究还远远没有达到人们对它的预期要求，仍需要进一步的深入研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种操作简单，反应条件温和，低耗能，无环境污染，可应用于大规模工业化生产的尺寸可控的羟基锡酸锌纳米棒阵列的制备方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007]第一步:制备氧化锌，将经清洗的锌片表面涂覆一层钛酸丁酯，放入装有浓度为
0.5摩尔/升氢氧化钠溶液的高压釜中，在180摄氏度下恒温加热12小时，将反应后的锌片取出，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，并在60-100摄氏度干燥6-12小时；
[0008]第二步:将第一步中所得的锌片，放入到尿素、锡酸钾和水醇溶液组成的反应溶液中，其中尿素的浓度为0.1-1.0摩尔/升，锡酸钾的浓度为0.01-0.05摩尔/升，水醇溶液中无水乙醇的体积为30% ；
[0009]第三步:将上述所述反应溶液在60-90摄氏度恒温加热1-12小时；
[0010]第四步:收集反应所得的锌片，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，在60摄氏度下恒温干燥10小时，得到最终产物。
[0011]分别在0.1-1.0摩尔/升的范围内调整尿素的浓度、在0.01-0.05摩尔/升的范围内调整锡酸钾的浓度、60-90摄氏度的范围内调整反应温度或者是在1-12小时的范围内调整反应时间，调整最终产物的粒径大小。
[0012]通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜表征后可知，最终产物为羟基锡酸锌纳米棒阵列。
[0013]本发明以锡酸钾和尿素为原料，与水醇溶液组成反应溶液，与基底锌片组成反应体系，通过控制反应体系的反应温度、反应时间及原料加入量，取出基片，进行清洗并干燥，即可获得不同粒径大小的羟基锡酸锌纳米棒阵列。
[0014]本发明的优点主要体现在:
[0015](I)原材料尿素等价格低廉，来源广，产物无污染物排放，生产条件温和，制备工艺流程简单，无需特殊的实验设备，有效的降低了材料的工艺复杂性。
[0016](2)通过控制反应时间及反应温度，从而控制产物的成核、生长速率等，可有效调节产物尺寸和形貌 ，所得产物羟基锡酸锌纳米棒尺寸均匀，形成的纳米棒阵列形貌规整，大大增加了材料的比表面积和活性，可显著提高材料的阻燃抑烟、光催化及气敏性能等。
[0017](3)反应过程易于调控，可快速制备出所需产物，易于实现工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明制备的羟基锡酸锌X射线衍射图像。
[0019]图2是本发明制备的羟基锡酸锌透射电子显微图像。
[0020]图3是粒径为50纳米的羟基锡酸锌纳米棒阵列扫描电子显微图像。
[0021]图4是粒径为100纳米的羟基锡酸锌纳米棒阵列扫描电子显微图像。
[0022]图5是粒径为200纳米的羟基锡酸锌纳米棒阵列扫描电子显微图像。
[0023]图6是粒径为400纳米的羟基锡酸锌纳米棒阵列扫描电子显微图像。
[0024]图7是粒径为600纳米的羟基锡酸锌纳米棒阵列扫描电子显微图像。
【具体实施方式】
[0025]下面举例对本发明做更详细的描述。
[0026]实施例一
[0027](I)制备氧化锌。将经清洗的锌片表面涂覆一层钛酸丁酯，放入装有浓度为0.5摩尔/升氢氧化钠溶液的聚四氟乙烯高压釜中，在180摄氏度下恒温加热12小时，将反应后的锌片取出，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，并在60-100摄氏度下干燥6-12小时；
[0028](2)将第一步中所得的锌片，放入到与原料尿素、锡酸钾和水醇溶液进行混合的反应溶液中，期中尿素的浓度为0.1-0.5摩尔/升,锡酸钾的浓度为0.01-0.05摩尔/升,水醇溶液中无水乙醇的体积为30% ；
[0029](3)将上述所述溶液在60-70摄氏度加热1_6小时；
[0030](4)收集反应所得的锌片，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，在60摄氏度下恒温干燥10小时，得到最终产物，通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜表征后可知，最终产物为粒径为50-100纳米的羟基锡酸锌纳米棒阵列。
[0031]实施例二
[0032](I)制备氧化锌。将经清洗的锌片表面涂覆一层钛酸丁酯，放入装有浓度为0.5摩尔/升氢氧化钠溶液的聚四氟乙烯高压釜中，在180摄氏度下恒温加热12小时，将反应后的锌片取出，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，并在60-100摄氏度下干燥6-12小时；
[0033](2)将第一步中所得的锌片，放入到与原料尿素、锡酸钾和水醇溶液进行混合的反应溶液中，期中尿素的浓度为0.5-1.0摩尔/升,锡酸钾的浓度为0.01-0.05摩尔/升,水醇溶液中无水乙醇的体积为30% ；
[0034](3)将上述所述溶液在60-70摄氏度加热1_6小时；
[0035](4)收集反应所得的锌片，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，在60摄氏度下恒温干燥10小时，得到最终产物，通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜表征后可知，最终产物为粒径为100-200纳米羟基锡酸锌纳米棒阵列。
[0036]实施例三:
[0037](I)制备氧化锌。将经清洗的锌片表面涂覆一层钛酸丁酯，放入装有浓度为0.5摩尔/升氢氧化钠溶液的聚四氟乙烯高压釜中，在180摄氏度下恒温加热12小时，将反应后的锌片取出，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，并在60-100摄氏度下干燥6-12小时；
[0038](2)将第一步中所得的锌片，放入到与原料尿素、锡酸钾和水醇溶液进行混合的反应溶液中，期中尿素的浓度为0.1-0.5摩尔/升,锡酸钾的浓度为0.01-0.05摩尔/升,水醇溶液中无水乙醇的体积为30% ；
[0039](3)将上述所述溶液在60-70摄氏度加热9_12小时；
[0040](4)收集反应所得的锌片，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，在60摄氏度下恒温干燥10小时，得到最终产物，通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜表征后可知，最终产物为粒径为200-400纳米羟基锡酸锌纳米棒阵列。
[0041]实施例四:
[0042](I)制备氧化锌。将经清洗的锌片表面涂覆一层钛酸丁酯，放入装有浓度为0.5摩尔/升氢氧化钠溶液的聚四氟乙烯高压釜中，在180摄氏度下恒温加热12小时，将反应后的锌片取出，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，并在60-100摄氏度干燥6-12小时；
[0043](2)将第一步中所得的锌片，放入到与原料尿素、锡酸钾和水醇溶液进行混合的反应溶液中，期中尿素的浓度为0.5-1.0摩尔/升,锡酸钾的浓度为0.01-0.05摩尔/升,水醇溶液中无水乙醇的体积为30% ；
[0044](3)将上述所述溶液在60-70摄氏度加热9_12小时；
[0045](4)收集反应所得的锌片，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，在60摄氏度下恒温干燥10小时，得到最终产物，通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜表征后可知，最终产物为粒径为400-600纳米羟基锡酸锌纳米棒阵列。
[0046]实施例五:
[0047](I)制备氧化锌。将经清洗的锌片表面涂覆一层钛酸丁酯，放入装有浓度为0.5摩尔/升氢氧化钠溶液的聚四氟乙烯高压釜中，在180摄氏度下恒温加热12小时，将反应后的锌片取出，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，并在60-100摄氏度干燥6-12小时；
[0048](2)将第一步中所得的锌片，放入到与原料尿素、锡酸钾和水醇溶液进行混合的反应溶液中，期中尿素的浓度为0.1-0.5摩尔/升,锡酸钾的浓度为0.01-0.05摩尔/升,水醇溶液中无水乙醇的体积为30% ；
[0049](3)将上述所述溶液在80-90摄氏度加热1_12小时；
[0050](4)收集反应所得的锌片，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，在60摄氏度下恒温干燥10小时，得到最终产物，通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜表征后可知，最终产物为粒径为200-400纳米羟基锡酸锌纳米棒阵列。
[0051]实施例六:
[0052](I)制备氧化锌。将经清洗的锌片表面涂覆一层钛酸丁酯，放入装有浓度为0.5摩尔/升氢氧化钠溶液的聚四氟乙烯高压釜中，在180摄氏度下恒温加热12小时，将反应后的锌片取出，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，并在60-100摄氏度干燥6-12小时；
[0053](2)将第一步中所得的锌片，放入到与原料尿素、锡酸钾和水醇溶液进行混合的反应溶液中，期中尿素的浓度为0.5-1.0摩尔/升,锡酸钾的浓度为0.01-0.05摩尔/升,水醇溶液中无水乙醇的体积为30% ；
[0054](3)将上述所述溶液在80-90摄氏度加热1_12小时；
[0055](4)收集反应所得的锌片，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，在60摄氏度下恒温干燥10小时，得到最终产物，通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜表征后可知，最终产物为粒径为400-600纳米羟基锡酸锌纳米棒阵列。
【权利要求】
1.一种尺寸可控的羟基锡酸锌纳米棒阵列的制备方法，其特征是: 第一步:制备氧化锌，将经清洗的锌片表面涂覆一层钛酸丁酯，放入装有浓度为0.5摩尔/升氢氧化钠溶液的高压釜中，在180摄氏度下恒温加热12小时，将反应后的锌片取出，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，并在60-100摄氏度干燥6-12小时； 第二步:将第一步中所得的锌片，放入到尿素、锡酸钾和水醇溶液组成的反应溶液中，其中尿素的浓度为0.1-1.0摩尔/升,锡酸钾的浓度为0.01-0.05摩尔/升,水醇溶液中无水乙醇的体积为30% ； 第三步:将上述所述反应溶液在60-90摄氏度恒温加热1-12小时； 第四步:收集反应所得的锌片，依次用无水乙醇和去离子水冲洗干净，在60摄氏度下恒温干燥10小时，得到最终产物。
2.根据权利要求1所述的尺寸可控的羟基锡酸锌纳米棒阵列的制备方法，其特征是:分别在0.1-1.0摩尔/升的范围内调整尿素的浓度、在0.01-0.05摩尔/升的范围内调整锡酸钾的浓度、60-90摄氏度的范围内调整反应温度或者是在1-12小时的范围内调整反应时间，调整最终 产物的粒径大小。
【文档编号】B82Y40/00GK104071828SQ201410276627
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】高鹏, 王莹, 王龙强, 鲍迪 申请人:哈尔滨工程大学