CN104229864A - 控制氧化锌纳米材料形貌的低温制备方法 - Google Patents

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林琳
许晓玉
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Abstract

本发明涉及一种控制氧化锌纳米材料产物形貌的制备方法，将0.01～0.2mol/L的表面活性剂加入体积为5：1的醇-水溶液中，在20～100℃下快速搅拌使其混合均匀；然后分别将称取0～0.2mol/L的稳定剂、锌源分散于微乳液中；配置0.1～0.6mol/L的碱液，以2～3d/s的速度加入至锌源微乳液中，在20～100度下持续搅拌20分钟；反应结束后，静置2-12小时，将沉淀产物进行洗涤，干燥处理，得到不同形貌的氧化锌纳米材料产物。该制备方法工艺和流程简便，参数可调范围宽，产物大小可控，分散性好，可重复性强，成本低，无需煅烧，低碳环保，可以在常温或低温下制备多种不同形貌的纳米氧化锌产物。

Description

控制氧化锌纳米材料形貌的低温制备方法
技术领域
本发明涉及一种可以控制氧化锌纳米材料产物形貌的低温制备方法，属于无机纳米材料制备技术领域。
背景技术
氧化锌是一种重要的多功能半导体材料，它具有宽的能隙(3.37 eV)和常温下高的激子束缚能(60 meV)，其激子能够在室温及以上温度下存在。氧化锌廉价，无毒、可生物降解和具有生物相容性。氧化锌作为重要的半导体功能材料，具有极好的热稳定性和独特的力、光、电学性质，因此在电子学、光学、光电子学、激光器和光发射二极管方面都有重要的应用。
氧化锌拥有压电和焦热电性质，使其成为传感器、换能器、发电机和光催化制氢等方面最具有应用潜力的候选者之一。因此，对氧化锌材料及器件的研究已经并将继续成为全球科学研究者关注的热点。
通过人工手段有效地控制纳米材料的晶型结构、尺寸和形貌对于纳米科技的发展来说具有深远的意义。特别是对于氧化锌纳米材料来说，其电子传导性能、光催化能力等等物化特性强烈地依赖于其尺寸、形貌和微结构等特征。因此，近年来世界各国都投入了巨大的科技力量对氧化锌纳米材料的形貌的控制合成进行研究。
然而，在同一实验体系中，通过调控一种实验条件，就能够人工可控地获得多种（四种或以上）不同形貌氧化锌纳米材料的制备方法尚无报道。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种控制氧化锌纳米材料产物形貌的低温制备方法。
一种控制氧化锌纳米材料形貌的低温制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将0.01～0.2mol/L的表面活性剂加入体积为5：1的醇-水溶液中，在20～100℃下快速搅拌使其混合均匀；然后分别将称取0～0.2mol/L的稳定剂、锌源分散于微乳液中；配置0.1～0.6mol/L的碱液，以2～3d/s的速度加入至锌源微乳液中，在20～100度下持续搅拌20分钟；反应结束后，静置2-12小时，将沉淀产物进行洗涤，干燥处理，得到不同形貌的氧化锌纳米材料产物。
（2）当反应温度低于40℃时，产物为氢氧化锌纳米棒；当反应温度为40℃～90℃时，产物为纤锌矿型螺旋桨状氧化锌纳米花；当反应温度高于90℃时，为纤锌矿型氧化锌纳米片微球；当不添加还原剂时，产物为纤锌矿型氧化锌纳米棒；当稳定剂浓度与锌源摩尔比在0.05～1之间时，产物为纤锌矿型氧化锌棒状纳米花；当稳定剂浓度与锌源摩尔比＞1时，为纤锌矿型氧化锌纳米片微球；当表面活性剂与锌源摩尔比＜1时，产物为纤锌矿型氧化锌纳米棒；当表面活性剂与锌源摩尔比≥1时，产物为纤锌矿型氧化锌棒状纳米花。
步骤（1）中所述的醇为乙醇、丙三醇、正丁醇中的一种。
步骤（1）中所述的锌源为硝酸锌、或醋酸锌，锌浓度为0.01～0.1mol/L。
步骤（1）中所述的碱液为氨水、氢氧化钠、乌洛托品溶液中的一种或其组合。
步骤（1）中所述的表面活性剂为十二烷基磺酸钠、或十六烷基三甲基溴化铵、或聚氧乙烯醚。
步骤（1）中所述的稳定剂为维生素C、甘露醇、乳糖醇中的一种。
本发明中，所采用氢氧化钠、氨水、锌盐、乌洛托品等均为分析纯。
本发明方法所得产物的结构、形貌、组成进行表征，分别选用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附比表面积测试仪（BET）等手段进行表征。
通过控制稳定剂、表面活性剂的浓度或温度，可以获得纤锌矿型氧化锌纳米棒，氧化锌纳米片，螺旋桨状氧化锌纳米花，棒状氧化锌纳米花等形貌。本发明采用的制备方法简便易行，参数可调范围宽，可重复性强，成本低，无需煅烧，低碳环保，可以制备四种以上不同形貌的氧化锌产物。
该制备方法工艺和流程简便，参数可调范围宽，产物大小可控，分散性好，可重复性强，成本低，无需煅烧，低碳环保，可以在常温或低温下制备多种不同形貌的纳米氧化锌产物。
附图说明
图1：由下述实施例制得目标物的X射线粉末衍射图谱。
图2：由下述实施例制得目标物的扫描电子显微镜图片。（a）实施例2制得的氢氧化锌纳米棒；（b）实施例3制得的螺旋状氧化锌纳米花；（c）实施例4制得的氧化锌纳米片微球；（d）实施例5制得的棒状氧化锌纳米花。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。
实施例1：
称取0.01mol的十六烷基三甲基溴化铵加入60ml乙醇-水溶液中，20℃下快速搅拌使其混合均匀，然后称取0.01mol的硝酸锌分散于微乳液中；配置0.1mol/L的氢氧化钠溶液，以一定的速度加入至锌源微乳液中，在20℃下持续搅拌20分钟。反应结束后，静置2小时，将沉淀产物进行洗涤，干燥处理，得到氢氧化锌纳米棒。
实施例2：
称取0.01mol的十二烷基苯磺酸纳加入60ml乙醇-水溶液中，30℃下快速搅拌使其混合均匀，然后称取0.01mol的硝酸锌分散于微乳液中；配置0.1mol/L的氨水溶液，以一定的速度加入至锌源微乳液中，在30℃下持续搅拌20分钟。反应结束后，静置2小时，将沉淀产物进行洗涤，干燥处理。
X射线粉末衍射表征结果显示，所制得材料为氢氧化锌；扫描电子显微镜表征结果显示，所制得材料为纳米棒形貌，纳米棒的直径大约为100纳米，长度在3~5微米之间。
实施例3：
称取0.05mol的十六烷基三甲基溴化铵加入60ml乙醇-水溶液中，50℃下快速搅拌使其混合均匀，然后称取0.05mol的醋酸锌分散于微乳液中；配置0.3mol/L的氨水溶液，以一定的速度加入至锌源微乳液中，在50℃下持续搅拌20分钟。反应结束后，静置2小时，将沉淀产物进行洗涤，干燥处理。
X射线粉末衍射表征结果显示，所制得材料为纤锌矿晶型的氧化锌；扫描电子显微镜表征结果显示，所制得材料为螺旋状氧化锌纳米花，纳米棒的直径大约为100纳米，长度为3微米左右。
实施例4：
称取0.01mol的十二烷基苯磺酸纳加入60ml乙醇-水溶液中，30℃下快速搅拌使其混合均匀，然后分别称取0.03mol的维生素C和0.01mol的硝酸锌分散于微乳液中；配置0.1mol/L的六亚甲基四胺溶液，以一定的速度加入至锌源微乳液中，在30℃下持续搅拌60分钟。反应结束后，静置2小时，将沉淀产物进行洗涤，干燥处理。
X射线粉末衍射表征结果显示，所制得材料为纤锌矿晶型的氧化锌；扫描电子显微镜表征结果显示，所制得材料为螺旋状氧化锌纳米花，纳米棒的直径大约为100纳米，长度为3微米左右。
实施例5：
称取0.04mol的十二烷基苯磺酸纳加入60ml正定醇-水溶液中，100℃下快速搅拌使其混合均匀，然后分别称取0.04mol的甘露醇和0.04mol的醋酸锌分散于微乳液中；配置0.3mol/L的氨水溶液，以一定的速度加入至锌源微乳液中，在100℃下持续搅拌20分钟。反应结束后，静置2小时，将沉淀产物进行洗涤，干燥处理。
X射线粉末衍射表征结果显示，所制得材料为纤锌矿晶型的氧化锌；扫描电子显微镜表征结果显示，所制得材料为氧化锌纳米片微球，纳米片的厚度大约为50纳米，纳米球的直径为500纳米左右。
实施例6:
称取0.05mol的聚氧乙烯醚加入60ml正定醇-水溶液中，60℃下快速搅拌使其混合均匀，然后分别称取0.04mol的乳糖醇和0.05mol的硝酸锌分散于微乳液中；配置0.3mol/L的氢氧化钠溶液，以一定的速度加入至锌源微乳液中，在60℃下持续搅拌20分钟。反应结束后，静置6小时，将沉淀产物进行洗涤，干燥处理。
X射线粉末衍射表征结果显示，所制得材料为纤锌矿晶型的氧化锌；扫描电子显微镜表征结果显示，所制得材料为棒状氧化锌纳米花，纳米棒的直径大约为100纳米，长度为3微米左右。
实施例7:
称取0.01mol的十二烷基苯磺酸纳加入60ml乙醇-水溶液中，70℃下快速搅拌使其混合均匀，然后称取0.01mol的醋酸锌分散于微乳液中；配置0.1mol/L的氨水溶液，以一定的速度加入至锌源微乳液中，在70℃下持续搅拌20分钟。反应结束后，静置2小时，将沉淀产物进行洗涤，干燥处理，得到氢氧化锌纳米棒。
X射线粉末衍射表征结果显示，所制得材料为纤锌矿晶型的氧化锌。

Claims (6)

1.一种控制氧化锌纳米材料形貌的低温制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将0.01～0.2mol/L的表面活性剂加入体积为5：1的醇-水溶液中，在20～100℃下快速搅拌使其混合均匀；然后分别将称取0～0.2mol/L的稳定剂、锌源分散于微乳液中；配置0.1～0.6mol/L的碱液，以2～3d/s的速度加入至锌源微乳液中，在20～100度下持续搅拌20分钟；反应结束后，静置2-12小时，将沉淀产物进行洗涤，干燥处理，得到不同形貌的氧化锌纳米材料产物；
（2）当反应温度低于40℃时，产物为氢氧化锌纳米棒；当反应温度为40℃～90℃时，产物为纤锌矿型螺旋桨状氧化锌纳米花；当反应温度高于90℃时，为纤锌矿型氧化锌纳米片微球；当不添加还原剂时，产物为纤锌矿型氧化锌纳米棒；当稳定剂浓度与锌源摩尔比在0.05～1之间时，产物为纤锌矿型氧化锌棒状纳米花；当稳定剂浓度与锌源摩尔比＞1时，为纤锌矿型氧化锌纳米片微球；当表面活性剂与锌源摩尔比＜1时，产物为纤锌矿型氧化锌纳米棒；当表面活性剂与锌源摩尔比≥1时，产物为纤锌矿型氧化锌棒状纳米花。
2.根据权利要求书1所述控制氧化锌纳米材料形貌的低温制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的醇为乙醇、丙三醇、正丁醇中的一种。
3.根据权利要求书1所述控制氧化锌纳米材料形貌的低温制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的锌源为硝酸锌、或醋酸锌，锌浓度为0.01～0.1mol/L。
4.根据权利要求书1所述控制氧化锌纳米材料形貌的低温制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的碱液为氨水、氢氧化钠、乌洛托品溶液中的一种或其组合。
5.根据权利要求书1所述控制氧化锌纳米材料形貌的低温制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的表面活性剂为十二烷基磺酸钠、或十六烷基三甲基溴化铵、或聚氧乙烯醚。
6.根据权利要求书1所述控制氧化锌纳米材料形貌的低温制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的稳定剂为维生素C、甘露醇、乳糖醇中的一种。
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