一种纳米花状氧化锌的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种纳米花状氧化锌的制备方法，具体包括以下步骤：配制的锌盐水溶液；将碱溶液滴加到锌盐水溶液中直至锌盐水溶液呈强碱性，形成反应液；将上述反应液置于水热反应釜内衬中；旋紧水热反应釜，置于烘箱中反应；取出水热反应釜并在室温下冷却，反应液离心得到白色沉淀物，将白色沉淀物分别用无水乙醇和去离子水交替清洗；将清洗后的白色沉淀物置于烘箱中60-100℃烘干，获得纳米花状结构的ZnO粉末，花瓣为厚度为30nm左右的纳米片。本发明具有原料易得、设备工艺简单、产率高、制备成本低等特点，适合大规模工业生产。
【专利说明】 一种纳米花状氧化锌的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米材料技术，特别是涉及一种纳米花状氧化锌的制备方法。
【背景技术】
[0002]氧化锌是一种重要的宽禁带半导体材料，由于其特殊的结构使得该材料在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，被广泛应用于发光二极管、气体传感器、紫外探测器等光电子领域。纳米氧化锌由于其尺寸介于原子簇和宏观微粒之间，具有纳米材料的体积(小尺寸)效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在光、电、气敏、抗菌消毒、紫外线屏蔽等方面具备普通氧化锌产品所不具备的特殊功能。近年来有关氧化锌纳米材料的制备、性能以及应用研宄受到广泛的关注。由于材料的结构和形貌与材料的性能密切相关，ZnO纳米材料的形貌可控制备仍然是ZnO材料研宄领域的一个热点。目前制备ZnO纳米材料的方法有很多，比如金属有机化学气相沉积、水热法、溶胶-凝胶法、电沉积法等。其中水热法具有简单可控的优点备受关注，因此控制水反应条件，制备良好的晶相和特殊形貌的ZnO纳米结构粉体具有重要的现实意义。在现有的水热合成ZnO纳米花状结构中，通常在前驱体溶液中加入辅助试剂来控制形貌，或者在合成过程中通过其他的辅助处理手段得到纳米花状的ZnO材料。上述制作方法操作繁琐、可控性低、成本较高且容易对终产物产生污染；制作的纳米花状氧化锌形貌完整度较差、粒度不均匀、纯度较低，阻碍了花状纳米氧化锌的大规模应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种纳米花状氧化锌的水热制备方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种纳米花状氧化锌的制备方法，包括以下步骤:
[0004]A、配制0.15-0.4mol/L的锌盐水溶液，其中锌盐选自硫酸锌、二水合醋酸锌、氯化锌或六水合硝酸锌；
[0005]B、将碱溶液滴加到锌盐水溶液中直至锌盐水溶液呈强碱性，形成反应液，其中碱溶液为氢氧化钾或氢氧化钠，反应液的pH值范围为11-12 ；
[0006]C、将上述反应液置于水热反应釜内衬中；旋紧水热反应釜，置于烘箱中于120-200°C反应 2-5h ；
[0007]D、取出水热反应釜并在室温下冷却，反应液离心得到白色沉淀物，将白色沉淀物分别用无水乙醇和去离子水交替清洗；
[0008]E、将清洗后的白色沉淀物置于烘箱中60-100°C烘干，获得纳米花状结构的ZnO粉末。
[0009]优选的，所述纳米花状ZnO是由纳米片单元的花瓣结构组成的花状结构，其中花_结构的厚度为20nm-40nm。
[0010]优选的，所述纳米花状ZnO的花瓣结构的厚度为30nm。
[0011]优选的，所述纳米花状ZnO的粒径范围为l-2um。
[0012]优选的，所述水热反应釜的内衬为四氟乙烯。
[0013]优选的，步骤C中，水热反应的升温速率为10-30°C /min。
[0014]本制备方法制得的氧化锌纳米粉体为纯白色、粒度均匀、结晶度高，经XRD (X-射线衍射)测试表明其晶体结构与标准ZnOCJCPDS(粉末衍射标准联合委员会)卡片号:36-1451)的晶体结构一致；通过场发射扫描电镜观察，该粉末为纳米花状结构，花瓣厚度为20-40nm左右的纳米片。该制备方法具有原材料丰富易得、反应路线简便快速等特点，适合大规模的工业生产，在工业中具有广泛的用途。
[0015]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种纳米花状氧化锌的制备方法不局限于实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明一实施例的纳米花状氧化锌粉体X-射线衍射图；
[0017]图2是本发明一实施例的纳米花状氧化锌粉体扫描电子显微镜照片；
[0018]图3是本发明一实施例的纳米花状氧化锌粉体与商业性氧化锌粉体对丙酮气敏性能的比较。
【具体实施方式】
[0019]实施例1
[0020]取2.7055g Zn (NO3)2.6H20加入25ml去离子水溶解，配制成0.37mol/L的锌盐水溶液。缓慢滴加氢氧化钾溶液到锌盐水溶液中，直至锌盐水溶液的pH值为11，形成反应液。将反应液置于水热反应釜聚四氟乙烯内衬中，旋紧水热反应釜，置于烘箱中。烘箱以10°C /min的速率升温至200°C，恒温反应3h后取出水热反应釜并与室温下冷却。反应液离心后得到白色沉淀物，将白色沉淀物用无水乙醇和去离子水交替清洗，而后置于烘箱中于80°C烘干，获得纳米花状结构的ZnO粉末。
[0021]如图1所示，对制备得到的粉末进行XRD(X_射线衍射)测试，XRD图谱表明其晶体结构与标准ZnO (JCPDS (粉末衍射标准联合委员会)卡片号:36-1451)的晶体结构一致。如图2扫描电子显微镜照片所示，制备得到的粉末其微观晶体结构是由纳米片单元的花瓣结构组成的花状结构，其中纳米片花瓣的厚度是30nm左右，花状结构的粒径是l-2um。
[0022]本发明的反应机理为:
[0023]Zn2++20F—Zn (OH) 2 I(I)
[0024]Zn (OH) 2+20F— Zn (OH)广(2)
[0025]Zn (OH)广—Zn0+2H 20+20F(3)
[0026]在强碱性溶液里，主要存在Ζη(0Η)42_，当Zn (OH) 42_浓度很高时在水相形成的ZnO晶核很多，晶核可以沿各个方向迅速生长，垂直于c轴方向的晶面成为优势晶面，迅速生长成片状。晶核朝着各个方向生长，致使产物以薄片的某个晶面为核心，沿着各个方向不断生长，最终形成没有规律的彼此交错的花状结构。在水热反应釜高压的环境中，c轴方向的晶面生长速度相对降低，这样更有利于形成厚度较薄的纳米片。
[0027]本实施例中，制备得到的粉末纯度高，粒径均匀，花状结构完整，花瓣薄，具有广泛的应用。例如，氧化锌作为气敏材料，在制作气体传感器时，微观的花状结构使其与待测气体的接触面积大，而花瓣结构足够薄，灵敏度高，气敏性能更为良好。参见图3，针对丙酮气体浓度的检测中，与市售的普通氧化锌粉末相比，本发明的纳米花状氧化锌粉末其气敏性能有显者的提尚。
[0028]实施例2
[0029]取固体硫酸锌加入去离子水溶解，配制成0.15mol/L的锌盐水溶液。缓慢滴加氢氧化钠溶液到锌盐水溶液中，直至锌盐水溶液的pH值为12，形成反应液。将反应液置于水热反应釜聚四氟乙烯内衬中，旋紧水热反应釜，置于烘箱中。烘箱以15°C /min的速率升温至120°C，恒温反应5h后取出水热反应釜并与室温下冷却。反应液离心后得到白色沉淀物，将白色沉淀物用无水乙醇和去离子水交替清洗，而后置于烘箱中于60°C烘干，获得纳米花状结构的ZnO粉末。制备得到的粉末是由纳米片单元的花瓣结构组成的花状结构，其中纳米片花瓣的厚度是20-40nm，花状结构的粒径是l_2um。
[0030]实施例3
[0031]取固体醋酸锌加入去离子水溶解，配制成0.3mol/L的锌盐水溶液。缓慢滴加氢氧化钾溶液到锌盐水溶液中，直至锌盐水溶液的pH值为11，形成反应液。将反应液置于水热反应釜聚四氟乙烯内衬中，旋紧水热反应釜，置于烘箱中。烘箱以20°C /min的速率升温至140°C，恒温反应4h后取出水热反应釜并与室温下冷却。反应液离心后得到白色沉淀物，将白色沉淀物用无水乙醇和去离子水交替清洗，而后置于烘箱中于70°C烘干，获得纳米花状结构的ZnO粉末。制备得到的粉末是由纳米片单元的花瓣结构组成的花状结构，其中纳米片花瓣的厚度是20-40nm，花状结构的粒径是l_2um。
[0032]实施例4
[0033]取氯化锌加入去离子水溶解，配制成0.4mol/L的锌盐水溶液。缓慢滴加氢氧化钾溶液到锌盐水溶液中，直至锌盐水溶液的pH值为11，形成反应液。将反应液置于水热反应釜聚四氟乙烯内衬中，旋紧水热反应釜，置于烘箱中。烘箱以30°C /min的速率升温至180°C，恒温反应2h后取出水热反应釜并与室温下冷却。反应液离心后得到白色沉淀物，将白色沉淀物用无水乙醇和去离子水交替清洗，而后置于烘箱中于100°C烘干，获得纳米花状结构的ZnO粉末。制备得到的粉末是由纳米片单元的花瓣结构组成的花状结构，其中纳米片花瓣的厚度是20-40nm，花状结构的粒径是l_2um。
[0034]实施例5
[0035]取Zn (NO3) 2.6H20加入去离子水溶解，配制成0.18mol/L的锌盐水溶液。缓慢滴加氢氧化钠溶液到锌盐水溶液中，直至锌盐水溶液的pH值为12，形成反应液。将反应液置于水热反应釜聚四氟乙烯内衬中，旋紧水热反应釜，置于烘箱中。烘箱以30°C /min的速率升温至160°C，恒温反应5h后取出水热反应釜并与室温下冷却。反应液离心后得到白色沉淀物，将白色沉淀物用无水乙醇和去离子水交替清洗，而后置于烘箱中于90°C烘干，获得纳米花状结构的ZnO粉末。制备得到的粉末是由纳米片单元的花瓣结构组成的花状结构，其中纳米片花瓣的厚度是20-40nm，花状结构的粒径是l_2um。
[0036]上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种纳米花状氧化锌结构的制备方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种纳米花状氧化锌的制备方法，其特征在于包括以下步骤: A、配制0.15-0.4mol/L的锌盐水溶液，其中锌盐选自硫酸锌、二水合醋酸锌、氯化锌或六水合硝酸锌； B、将碱溶液滴加到锌盐水溶液中直至锌盐水溶液呈强碱性，形成反应液，其中碱溶液为氢氧化钾或氢氧化钠，反应液的pH值范围为11-12 ； C、将上述反应液置于水热反应釜内衬中；旋紧水热反应釜，置于烘箱中于120-200°C反应2-5h ； D、取出水热反应釜并在室温下冷却，反应液离心得到白色沉淀物，将白色沉淀物分别用无水乙醇和去离子水交替清洗； E、将清洗后的白色沉淀物置于烘箱中60-100°C烘干，获得纳米花状结构的ZnO粉末。
2.根据权利要求1所述的纳米花状氧化锌的制备方法，其特征在于:所述纳米花状ZnO是由纳米片单元的花瓣结构组成的花状结构，其中花瓣结构的厚度为20nm-40nm。
3.根据权利要求2所述的纳米花状氧化锌的制备方法，其特征在于:所述纳米花状ZnO的花瓣结构的厚度为30nm。
4.根据权利要求2所述的纳米花状氧化锌的制备方法，其特征在于:所述纳米花状ZnO的粒径范围为l_2um。
5.根据权利要求1所述的纳米花状氧化锌的制备方法，其特征在于:所述水热反应釜的内衬为四氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的纳米花状氧化锌的制备方法，其特征在于:步骤C中，水热反应的升温速率为10-30°C /min。
【文档编号】B82Y30/00GK104445367SQ201410640910
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】彭程, 郭佼佼, 刘明瑞, 杨文科 申请人:华侨大学