CN103771490A

CN103771490A - 一种简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法

Info

Publication number: CN103771490A
Application number: CN201410002556.4A
Authority: CN
Inventors: 陈庆春
Original assignee: East China Institute of Technology
Current assignee: East China Institute of Technology
Priority date: 2014-01-04
Filing date: 2014-01-04
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-04
Also published as: CN103771490B

Abstract

本发明涉及一种简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法。具体步骤为：将配制好的硫酸锌溶液和氢氧化钠溶液按氢氧根离子浓度（[OH^-]）与锌离子浓度（[Zn²⁺]）之比为4-8的比例加入到盛有去离子水或去离子水与小分子有机物的互溶液的烧杯中，磁力搅拌到体系变成白色（5-20小时），离心洗涤白色悬浮液，保留离心分离所的产物即为产品。本发明工艺简单，整个制备体系容易构建，操作简便，条件易控，成本低廉，产物尺寸易控，纯度高，副产物少，对环境污染小，适合于大规模工业生产。

Description

一种简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法

技术领域

本发明属于微/纳米材料制备技术及室温溶液法合成功能材料技术领域，具体涉及一种简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法。

背景技术

氧化锌是一种具有较宽带隙（3.37eV）和较高激子结合能（60MeV）的II-VI半导体材料，具有独特的光、电、光电、磁、催化、抗菌等性能。随着纳米科技的发展，微/纳米氧化锌功能材料越来越受到广大科研工作者和工程技术人员的重视。迄今为止，氧化锌的各种微/纳结构，如纳米线、纳米带、纳米棒、纳米管、组装微球等都有报道。在合成这些不同形貌和结构的微/纳米氧化锌材料时，使用较多的是液相法，如沉淀法、水热法、溶剂热法、溶胶凝胶法、微乳液法等。

但是，在这些液相合成方法中，有的需要前躯体的制备，有的需要特殊的表面活性剂，有的需要高温高压装置，大多还需要后续的热处理，这些限制或多或少给工业生产带来不便。

发明内容

本发明目的在于提出一种形貌可控、颗粒大小可控、高纯度、处理方便、易于工业化的简易可控、在室温下通过磁力搅拌即可制备微/纳米氧化锌的方法。

本发明采用室温溶液加搅拌的合成体系，直接以常见、简单的化学药品为反应物来实现。本发明反应的前驱体选择硫酸锌为锌源、以氢氧化钠为碱源、以去离子水及能与水互溶的小分子量有机物为溶剂制备合成出具有规则形貌和特定晶型的氧化锌微/纳米晶体。本发明通过选用有机溶剂及溶剂的用量配比来实现对氧化锌形貌和尺寸大小的控制。

本发明提出的简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法，具体步骤如下：

（1）以去离子水为溶剂，配制Zn²⁺浓度为0.05mol/L-0.5mol/L的硫酸锌（ZnSO₄)溶液；

（2）以去离子水为溶剂，配制OH^-浓度为0.2mol/L-1.0 mol/L氢氧化钠（NaOH）溶液；

（3）以去离子水或去离子水与小分子有机物的互溶液为溶剂，量取步骤（1）溶液和步骤（2）溶液加入其中，保证氢氧根离子浓度（[OH^-]）与锌离子浓度（[Zn²⁺]）之比为4-8，室温下磁力搅拌后得白色产物；

（4）离心、洗涤产物，即得所制备产品。

本发明中，所述硫酸锌、氢氧化钠药品不低于化学纯。

本发明中，步骤（3）中所述小分子有机物为无水乙醇、乙二醇、丙酮，去离子水与小分子有机物的体积比为1：4 - 1：1。

本发明中，步骤（3）中所述磁力搅拌时间为5-20小时。

本发明中，步骤（4）中所述洗涤采用去离子水、无水乙醇交替洗涤所得产物，一般交替洗涤3-6次。

本发明有如下优点：

1．本发明实现了室温下以搅拌溶液方式得到微/纳米氧化锌产物，为纳米材料的无机合成提供了一种新的途径。

2．本发明采用简单常见化学药品为反应的前驱体，在制备过程中产生的副产物少，对环境污染小，是一种环保型合成工艺。

3．本发明通过调节溶剂的组成来控制产物形貌和大小，溶剂原料易得，溶剂组成易调，所得产物易分离、不团聚、分散性好。

4．本发明不使用任何添加剂或表面活性剂，不需要另外的加热或水热，简化了水热反应等的操作步骤，使工艺更加简单，便于工业化操作。

5．本发明工艺简单，整个制备体系容易构建，操作简便，条件易控，成本低廉，产物形貌、尺寸易控，纯度高，结晶度好且产物处理方便简洁，适合于大规模工业生产。

6．本发明制备的产物具有良好的光、电等方面的物理性能，可以作为光催化剂、气体传感器、太阳能电池、电极材料、超亲水材料和高临界温度超导体等，有较为广阔的发展前景和应用空间。

附图说明

图1为实施例1所得产物的XRD图。

图2为实施例1所得产品SEM图。

图3为实施例2所得产品SEM图。

图4为实施例3所得产品SEM图。

图5为实施例1所得产物的TEM图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1：去离子水:乙二醇=1:1的混合液为溶剂、[OH^-]：[Zn²⁺]=4、搅拌时间20小时制备尺寸大小约50纳米的球状氧化锌

(1) 向容积为50ml的烧杯中加入4ml的去离子水、10ml的乙二醇、4ml 0.2mol/L的氢氧化钠溶液、2ml 0.1mol/L硫酸锌溶液，磁力搅拌烧杯中混合液20小时得白色悬浮液；

(2) 再将烧杯中悬浮液转移入离心管中离心分离，交替用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，每次洗涤完成后，离心分离，即得发明方法所制备产物。

图1给出所得产品的X射线粉末衍射图谱，所得峰为氧化锌（ZnO）晶体的衍射峰。图2中给出的是实施例1产物的扫描电子显微镜（SEM）照片，图5给出的是实施例1产物的透射电子显微镜（TEM）照片。从图2和图5中可见产物为尺寸大小约50纳米的小球。

实施例2：去离子水：丙酮=1：1的混合液为溶剂、[OH^-]：[Zn²⁺]=4、搅拌时间20小时制备片层组装的花状氧化锌，大小约2微米

(1) 向容积为50ml的烧杯中加入4ml的去离子水、10ml的丙酮、4ml 0.2mol/L的氢氧化钠溶液、2ml 0.1mol/L硫酸锌溶液，磁力搅拌烧杯中混合液20小时得白色悬浮液；

所得产物的X射线粉末衍射图谱与图1的基本吻合，所得峰为氧化锌（ZnO）晶体的衍射峰。图3给出的是实施例2产物的扫描电子显微镜（SEM）照片，从图中可见产物为由薄片组装成的花状氧化锌，外围尺寸约2-3微米。

实施例3：去离子水：无水乙醇=1：1的混合液为溶剂、[OH^-]：[Zn²⁺]=4、搅拌时间5小时制备主体为多孔氧化锌的产物

(1) 向容积为50ml的烧杯中加入4ml的去离子水、10ml无水乙醇、4ml 0.2mol/L的氢氧化钠溶液、2ml 0.1mol/L硫酸锌溶液，磁力搅拌烧杯中混合液5小时得白色悬浮液；

所得产物的X射线粉末衍射图谱与图1的基本吻合，所得峰为氧化锌（ZnO）晶体的衍射峰。图4给出的是实施例3产物的扫描电子显微镜（SEM）照片，从图中可见产物为主要是具有多孔的氧化锌产物，有点疏松。

对本发明方法所得产物的结构、形貌、组成等表征，分别选用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜（TEM）等；并对其荧光、紫外-可见吸收和光催化降解有机染料性质进行了研究。结果表明所得产物为微纳级氧化锌，它易分离、不团聚、分散性好，光催化降解有机染料速率快。

Claims

1.一种简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）以去离子水为溶剂，配制Zn²⁺浓度为0.05mol/L-0.5mol/L的硫酸锌溶液；

（2）以去离子水为溶剂，配制OH^-浓度为0.2mol/L-1.0 mol/L氢氧化钠溶液；

（3）以去离子水或去离子水与小分子有机物的互溶液为溶剂，量取步骤（1）溶液和步骤（2）溶液加入其中，保证氢氧根离子浓度与锌离子浓度之比为4-8，室温下磁力搅拌后得白色产物；

（4）离心，洗涤产物，即得所制备产品。

2.根据权利要求1所述的简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法，其特征在于所述氢氧化钠、硫酸锌、小分子有机物纯度不低于化学纯。

3.根据权利要求1所述的简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法，其特征在于步骤（3）中所述有机物必须与水互溶。

4.根据权利要求3所述的简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法，其特征在于所述小分子有机物为无水乙醇、乙二醇、丙酮，去离子水与小分子有机物的体积比为1：4 - 1：1。

5.根据权利要求1所述的简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法，其特征在于步骤（3）中所述磁力搅拌时间必须延长到得到白色产物为止。

6.根据权利要求5所述的简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法，其特征在于步骤（3）中所述磁力搅拌时间为5-20小时。

7.根据权利要求1所述的简易室温搅拌制备微/纳米氧化锌的方法，其特征在于步骤（4）中所述洗涤采用去离子水、无水乙醇交替洗涤合成产物，交替洗涤3-6次。