一种八面体结构ZnGa₂O₄单晶的制备方法

专利名称：一种八面体结构ZnGa₂O₄单晶的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种ZnGa2O4单晶的制备方法，具体涉及一种八面体结构ZnGa2O4单晶的制备方法。
背景技术：
ZnGa2O4是具有立方晶系尖晶石结构的复合氧化物，其应用前景比较广泛，可以应用于场发射显示器、薄膜电致发光显示器、和真空荧光显示器，同时由于有着优越的热学和化学稳定性，能承受较高的电流冲击，从而能代替硫化物在发光二极管、光电探测器、低电压发光材料中使用；光催化方面，介孔ZnGa2O4用于CO2的光还原，成功地实现了将CO2转化为碳氢化合物燃料；在降解苯系列污染物中，ZnGa2O4表现出优于TiO2及其掺杂物的光催化活性，因此尖晶石晶体结构ZnGa2O4晶体受到了广泛的关注。迄今为止，ZnGa2O4的制备多以ZnO和Ga2O3为起始原料，采用传统的高温固相反应法，在 120CTC左右烧成[Kim JS, Park HL, Kim GC. et al. Luminescence enhancementof ZnGa2O4 Mn2+by Ge4+and Li+doping[J] Solid State Communications, 2003,126 (9)515-518]。这样制备的物质形貌不规则，含有很多缺陷，影响其性能；Zhang等人采用水热法合成了介孔的 ZnGa2O4 材料[XINNIAN ZHANG, IIANHUI HUANG, RAINING DING etal. Photocatalytic Decomposition of Benzene by Porous NanocrystalIine ZnGa2O4with a High Surface Area[J]. Environmental Science&Technology，2009，43(15)5947-5951];李朝建等人采用水热法在不同反应时间下制备了棒状和小颗粒状ZnGa2O4材料[李朝建，黄可龙，全玉等.pH值对水热法制备ZnGa2O4粉体的影响[J].功能材料与器件学报，2006，12 (5) =456-460] ；Lu等人采用无机前驱体法制备了椭球状ZnGa2O4材料[Lu Zou, Xu Xiang, Min Wei, et al. Single-Crystalline ZnGa2O4Spinel Phosphor viaa Single-Source Inorganic Precursor Route[J] Inorgnic Chemistry Article,2008,47(6) :1361-1369] ；Zhang Xintian等人采用化学气相沉积制备出八面体形的ZnGa2O4材料[Xitian Zhang, Yangyan Rao, Yao Liang. Synthesis of octahedral ZnGa2044particIesand their field-emission properties [J]. J. Phys. D Appl. Phys, 2008,41,1-4]等。这些方法要么不能够制备出八面体结构的ZnGa2O4单晶，要么设备昂贵，操作复杂，工艺过程不易控制，重复性差。

发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供了一种设备成本低，操作简单，重复性好，容易控制的八面体结构ZnGa2O4单晶的制备方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是步骤一将分析纯的氧化镓(Ga2O3)溶解于0. 3-0. 8mol/L的盐酸中，不断搅拌制成Ga离子浓度为0. 1-0. 5mol/L的悬浮液A ；步骤二 将乙酸锌(Zn(CH3COO)2)加入在蒸馏水中并不断搅拌，配制成Zn离子浓度为O. lmol/L的透明溶液B ;步骤三将悬浮液A与透明溶液B按Zn Ga = I 1.4-2的摩尔比混合并搅拌均匀，然后向混合溶液中按Zn+Ga 分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA) =1:1的摩尔比加入分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)，用分析纯的氢氧化钠调节溶液的pH = 2-3，充分搅拌30-60min 得溶液 C ；
步骤四将溶液C置于紫外灯下反应10-60min，然后在微波反应器中反应l_3h，直至水分挥发得到干凝胶；步骤五将得到的干凝胶研磨细，然后放入马弗炉中以2-5°C /min的升温速率自室温升温至400-600°C反应4-8h，即可得最终产物八面体结构ZnGa2O4单晶。所述的紫外灯的紫外波长为365nm。本发明的有益效果体现在原料易得，设备成本低，操作简单，重复性好。


图I为本发明实施例I制备的八面体结构ZnGa2O4单晶的XRD衍射图。图中 为ZnGa2O4单晶的衍射峰；图2为本发明实施例I所制备的八面体结构ZnGa2O4单晶的扫描电镜照片。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。实施例I :步骤一将分析纯的氧化镓(Ga2O3)溶解于O. 5mol/L的盐酸中，不断搅拌制成Ga离子浓度为O. lmol/L的悬浮液A ；步骤二 将乙酸锌(Zn(CH3COO)2)加入在蒸馏水中并不断搅拌，配制成Zn离子浓度为O. lmol/L的透明溶液B ;步骤三将悬浮液A与透明溶液B按Zn Ga = I I. 4的摩尔比混合并搅拌均匀，然后向混合溶液中按Zn+Ga 分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA) =1:1的摩尔比加入分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)，用分析纯的氢氧化钠调节溶液的pH = 2. 5，充分搅拌30min得溶液C ；步骤四将溶液C置于波长为365nm的紫外灯下反应20min，然后在微波反应器中反应3h，直至水分挥发得到干凝胶；步骤五将得到的干凝胶研磨细，然后放入马弗炉中以4°C /min的升温速率自室温升温至400°C反应8h，即可得最终产物八面体结构ZnGa2O4单晶。将所得的八面体结构ZnGa2O4单晶用日本Rigaku公司生产D/max2200PC型x射线衍射仪测定，结果如图I所示，得到结晶性较好的纯相ZnGa2O4晶体，发现产物的JCPDS卡号为38-1240，属于立方晶系。该样品的微观形貌采用JSM-6390A型扫描电子显微镜进行观察，结果为图2，从图中可以看出所制备的为八面体结构ZnGa2O4单晶，其平均尺寸大约为Ium0实施例2 :步骤一将分析纯的氧化镓(Ga2O3)溶解于O. 7mol/L的盐酸中，不断搅拌制成Ga离子浓度为O. 3mol/L的悬浮液A ；步骤二 将乙酸锌(Zn(CH3COO)2)加入在蒸馏水中并不断搅拌，配制成Zn离子浓度为0. lmol/L的透明溶液B ;步骤三将悬浮液A与透明溶液B按Zn Ga = I 1.6的摩尔比混合并搅拌均匀，然后向混合溶液中按Zn+Ga 分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA) =1:1的摩尔比加入分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA),用分析纯的氢氧化钠调节溶液的pH = 3,充分搅拌40min得溶液C ; 步骤四将溶液C置于波长为365nm的紫外灯下反应lOmin，然后在微波反应器中反应3h，直至水分挥发得到干凝胶；步骤五将得到的干凝胶研磨细，然后放入马弗炉中以5°C /min的升温速率自室温升温至600°C反应5h，即可得最终产物八面体结构ZnGa2O4单晶。实施例3 :步骤一将分析纯的氧化镓(Ga2O3)溶解于0. 3mol/L的盐酸中，不断搅拌制成Ga离子浓度为0. 5mol/L的悬浮液A ；步骤二 将乙酸锌(Zn(CH3COO)2)加入在蒸馏水中并不断搅拌，配制成Zn离子浓度为0. lmol/L的透明溶液B ;步骤三将悬浮液A与透明溶液B按Zn Ga = I 1.8的摩尔比混合并搅拌均匀，然后向混合溶液中按Zn+Ga 分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA) =1:1的摩尔比加入分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)，用分析纯的氢氧化钠调节溶液的pH = 2，充分搅拌60min得溶液C ;步骤四将溶液C置于波长为365nm的紫外灯下反应40min，然后在微波反应器中反应2h，直至水分挥发得到干凝胶；步骤五将得到的干凝胶研磨细，然后放入马弗炉中以:TC /min的升温速率自室温升温至500°C反应6h，即可得最终产物八面体结构ZnGa2O4单晶。实施例4 :步骤一将分析纯的氧化镓(Ga2O3)溶解于0. 8mol/L的盐酸中，不断搅拌制成Ga离子浓度为0. 4mol/L的悬浮液A ；步骤二 将乙酸锌(Zn(CH3COO)2)加入在蒸馏水中并不断搅拌，配制成Zn离子浓度为0. lmol/L的透明溶液B ;步骤三将悬浮液A与透明溶液B按Zn Ga = I 2的摩尔比混合并搅拌均匀，然后向混合溶液中按Zn+Ga 分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA) =1:1的摩尔比加入分析纯的乙二胺四乙酸(EDTA)，用分析纯的氢氧化钠调节溶液的pH = 2. 8，充分搅拌50min得溶液C ;步骤四将溶液C置于波长为365nm的紫外灯下反应60min，然后在微波反应器中反应lh，直至水分挥发得到干凝胶；步骤五将得到的干凝胶研磨细，然后放入马弗炉中以2°C /min的升温速率自室温升温至600°C反应4h，即可得最终产物八面体结构ZnGa2O4单晶。
权利要求
1.ー种八面体结构ZnGa2O4单晶的制备方法，其特征在于 步骤ー将分析纯的氧化镓(Ga2O3)溶解于O. 3-0. 8mol/L的盐酸中，不断搅拌制成Ga离子浓度为O. 1-0. 5mol/L的悬浮液A ; 步骤ニ 将こ酸锌(Zn(CH3COO)2)加入在蒸馏水中并不断搅拌，配制成Zn离子浓度为O.lmol/L的透明溶液B; 步骤三将悬浮液A与透明溶液B按Zn Ga = I 1.4-2的摩尔比混合并搅拌均匀，然后向混合溶液中按Zn+Ga 分析纯的こニ胺四こ酸(EDTA) =1:1的摩尔比加入分析纯的こニ胺四こ酸(EDTA)，用分析纯的氢氧化钠调节溶液的pH = 2-3，充分搅拌30_60min得溶液C ； 步骤四将溶液C置于紫外灯下反应10-60min，然后在微波反应器中反应l_3h，直至水分挥发得到干凝胶； 步骤五将得到的干凝胶研磨细，然后放入马弗炉中以2-5°C /min的升温速率自室温升温至400-600°C反应4-8h，即可得最终产物八面体结构ZnGa2O4单晶。
2.根据权利要求I所述的八面体结构ZnGa2O4单晶的制备方法，其特征在于所述的紫外灯的紫外波长为365nm。
全文摘要
一种八面体结构ZnGa2O4单晶的制备方法，将氧化镓溶解于盐酸中得悬浮液A；将乙酸锌加入在蒸馏水中得透明溶液B；将悬浮液A与透明溶液B混合后向混合溶液中加入乙二胺四乙酸，用氢氧化钠调节溶液的pH＝2-3得溶液C；将溶液C置于紫外灯下反应，然后在微波反应器中反应，直至水分挥发得到干凝胶；将得到的干凝胶研磨细，然后放入马弗炉中在400-600℃反应，即可得最终产物八面体结构ZnGa2O4单晶。本发明的有益效果体现在原料易得，设备成本低，操作简单，重复性好。
文档编号C30B1/10GK102628185SQ20121011269
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者刘亮亮, 吴建鹏, 张晓薇, 曹丽云, 王开通, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学