CN102153130B - 一种掺Sb-ZnO微纳球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的掺Sb-ZnO微纳球，其直径为300～1200nm，Sb和Zn的原子百分比为0.06％～15.0％。制备方法如下：将硝酸锌和六次甲基四胺溶于水中，添加等摩尔的锑离子和酒石酸盐，搅拌均匀，得到水热反应的生长母液；将生长母液放入反应釜中，在80℃～120℃下保温0.5～5h，静置，取其沉淀物反复冲洗后离心，干燥，然后在500℃～800℃下热处理，即可。本发明制备工艺简单，掺Sb-ZnO微纳球的尺寸与掺杂量可在一定范围内调控。
Description
技术领域
本发明涉及了一种掺杂量及尺寸可调控的掺Sb-ZnO微纳球及其制备方法。
背景技术
氧化锌(ZnO)作为II-VI族宽禁带半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，同时ZnO激子束缚能高达60meV，在光电、催化、传感以及生化等不同领域有广阔的应用前景。零维ZnO微纳米结构具有许多新奇的性能，可以用于纳米紫外激光器、发光二极管、场发射晶体管和太阳能电池等纳米光电器件的构建模块，因此成为纳米半导体材料领域研究的新热点。
此外，由于ZnO中存在很多的本征缺陷，需要通过掺杂离子来实现或完善其性能，Mashkoor Ahmad等制备出由纳米线组成的中空ZnO微纳球，并对其进行Al、Sb掺杂，表现出了优异的储氢性能(Mashkoor Ahmad et al.J.Phys.Chem.C 114(2010)2560)。但是目前Sb掺杂的纳米ZnO的制备方法通常需要较严格的实验条件和昂贵的实验设备。中国专利CN101700868A利用球磨混合Zn粉、Sb2O3粉和C粉，并将混合粉末在通氧气和氩气气氛的管式炉中保温10min左右(合成温度为930℃～950℃)，得到掺Sb-ZnO微米线；其他主要制备方法还包括磁控溅射、分子束外延、脉冲激光沉积(CN101037795)等物理方法。同时，掺杂的ZnO纳米结构的性能与其尺寸和掺杂量密切相关。
发明内容
本发明的目的是提供一种掺杂量及尺寸可调控的掺Sb-ZnO微纳球及其制备方法。
本发明的掺Sb-ZnO微纳球的直径为300～1200nm，Sb和Zn的原子百分比为0.06％～15.0％。
本发明的掺Sb-ZnO微纳球的制备方法，包括以下步骤：
1)将硝酸锌和六次甲基四胺按摩尔比1∶1溶于水中，配置浓度为0.01M～0.2M的硝酸锌和六次甲基四胺的水溶液，在配置好的溶液中添加0.001M～0.02M的酒石酸锑钾或添加等摩尔的三氯化锑和酒石酸盐，所说的酒石酸盐是酒石酸钾钠、酒石酸钾、酒石酸钠或酒石酸氢钾，使得三氯化锑和酒石酸盐的浓度分别为0.001M～0.02M，搅拌均匀，得到水热反应的生长母液；
2)将步骤1)的生长母液放入反应釜中，在80℃～120℃下保温0.5～5h，静置，取其沉淀物反复冲洗后离心，干燥，得到掺Sb-酒石酸锌微纳球粉末；
3)将步骤2)得到的掺Sb-酒石酸锌微纳球粉末在500℃～800℃下热处理1-2h，得到掺Sb-ZnO微纳球粉末。
上述的酒石酸盐是酒石酸钾钠、酒石酸锑钾、酒石酸钾、酒石酸钠或酒石酸氢钾。
本发明通过掺杂离子与酒石酸盐的共同调控，采用水热法制得掺Sb-酒石酸锌作为先驱体，经热处理后得到掺Sb-ZnO微纳球颗粒，制备方法简单。在水热过程中，通过酒石酸盐和掺杂离子的共同调控，使这种掺杂的酒石酸锌先驱体各向同性生长成为零维的微纳球结构；经过500℃～800℃热处理，在有机酸根分解后仍能维持这种零维结构，得到掺Sb的氧化锌微纳球。本发明的掺Sb-ZnO微纳球的尺寸与掺杂量可在一定范围内调控。
附图说明
图1是掺Sb-ZnO微纳球的SEM图片
图2是掺Sb-ZnO微纳球的SEM图片
具体实施方式
实施例1
1)将硝酸锌和六次甲基四胺按摩尔比1∶1溶于水中，配置浓度为0.02M的硝酸锌和六次甲基四胺的水溶液，在配置好的溶液中添加酒石酸锑钾，使得酒石酸锑钾的浓度为0.005M，搅拌均匀，所得溶液作为水热反应的生长母液；
2)将步骤1)的生长母液放入反应釜中，在110℃下保温2h后，将溶液静置，取其沉淀物反复冲洗后离心，干燥，得到掺Sb-酒石酸锌微纳球粉末；
3)将步骤2)中得到的掺Sb-酒石酸锌微纳球粉末在500℃热处理1h，得到掺Sb-ZnO微纳球粉末。微纳球直径为540nm(图1)，Sb和Zn的原子百分比为3.22％
实施例2
1)将硝酸锌和六次甲基四胺按摩尔比1∶1溶于水中，配置浓度为0.05M的硝酸锌和六次甲基四胺的水溶液，在配置好的溶液中添加等摩尔的三氯化锑和酒石酸钾钠，使得三氯化锑和酒石酸钾钠的浓度分别为0.01M，搅拌均匀，所得溶液作为水热反应的生长母液；
2)将步骤1)的生长母液放入反应釜中，在90℃下保温1h后，将溶液静置，取其沉淀物反复冲洗后离心，干燥，得到掺Sb-酒石酸锌微纳球粉末；
3)将步骤2)中得到的掺Sb-酒石酸锌微纳球粉末在800℃热处理1h，得到掺Sb-ZnO微纳球粉末。微纳球直径为420nm(图2)，Sb和Zn的原子百分比为8.29％。
实施例3
1)将硝酸锌和六次甲基四胺按摩尔比1∶1溶于水中，配置浓度为0.2M的硝酸锌和六次甲基四胺的水溶液，在配置好的溶液中添加酒石酸锑钾，使得酒石酸锑钾的浓度为0.02M，搅拌均匀，所得溶液作为水热反应的生长母液；
2)将步骤1)的生长母液放入反应釜中，反应釜在90℃下保温2h后，将溶液静置，取其沉淀物反复冲洗后离心，干燥，得到掺Sb-酒石酸锌微纳球粉末；
3)将步骤2)中得到的掺Sb-酒石酸锌微纳球粉末在700℃热处理2h，得到掺Sb-ZnO微纳球粉末。微纳球直径为1100nm，Sb和Zn的原子百分比为13.5％。
Claims (2)
1.一种掺Sb-ZnO微纳球，其特征在于微纳球的直径为300～1200nm，Sb和Zn的原子百分比为0.06％～15.0％。
2.制备权利要求1所述的掺Sb-ZnO微纳球的方法，包括以下步骤：
1)将硝酸锌和六次甲基四胺按摩尔比1∶1溶于水中，配置浓度为0.01M～0.2M的硝酸锌和六次甲基四胺的水溶液，在配置好的溶液中添加0.001M～0.02M的酒石酸锑钾或添加等摩尔的三氯化锑和酒石酸盐，所说的酒石酸盐是酒石酸钾钠、酒石酸钾、酒石酸钠或酒石酸氢钾，使得三氯化锑和酒石酸盐的浓度分别为0.001M～0.02M，搅拌均匀，得到水热反应的生长母液；
2)将步骤1)的生长母液放入反应釜中，在80℃～120℃下保温0.5～5h，静置，取其沉淀物反复冲洗后离心，干燥，得到掺Sb-酒石酸锌微纳球粉末，
3)将步骤2)得到的掺Sb-酒石酸锌微纳球粉末在500℃～800℃下热处理1-2h，得到掺Sb-ZnO微纳球粉末。
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