CN105948101A - 一种波纹状ZnO纳米棒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波纹状ZnO纳米棒及其制备方法，结合水热合成技术和高温选择性刻蚀技术制备波纹状ZnO纳米棒。首先在反应釜中合成六棱柱状ZnO纳米棒，离心清洗提纯后取其粉末放入反应炉中，在650～950℃之间保温刻蚀5～30min，即可制得波纹状ZnO纳米棒。采用本发明提供的方法能够快速、低成本、高产能的制备得到波纹状ZnO纳米棒，其侧面被交替的(11‑21)和(11‑2‑1)高指数晶面包裹，能够稳定的合成出ZnO高指数晶面并提高样品比表面积，从而实现了对普通纳米棒的表面改性，提高了材料的催化、气敏性能，为后续基于低维ZnO纳米结构器件提供了新的思路。

Description

一种波纹状ZnO纳米棒及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米无机非金属材料技术领域，具体涉及一种波纹状ZnO纳米棒及其制备方法。
背景技术
氧化锌是一种应用十分广泛的宽禁带半导体材料，其具有3.37eV带隙宽度和60MeV的激子结合能，被广泛应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、涂料、粘合剂、防晒剂以及强化剂等领域。不仅如此，纳米氧化锌在磁性材料、压电材料以及气体传感材料方面也有着非常重要的应用价值。
纳米氧化锌的性能强烈依赖于其形貌和尺寸，即材料的暴露晶面和比表面积。波纹状ZnO纳米棒在提高了比表面积的同时也在其表面暴露出多样的高指数晶面，因此相比于普通纳米棒在催化领域拥有更广阔的应用前景和研究价值。然而，现有的波纹状ZnO纳米棒合成方法还很不成熟，存在不能稳定制备、难以精确控制的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种波纹状ZnO纳米棒及其制备方法，结合水热合成技术和高温选择性刻蚀技术合成波纹状ZnO纳米棒，解决了现有技术不能可控合成波纹状ZnO纳米棒的问题。
本发明所采用的技术方案是：
一种波纹状ZnO纳米棒的制备方法，以乙酸锌和六次亚甲基四氨为前驱体，在反应釜内水热合成六棱柱状的ZnO纳米棒，反应完成后，将获得的沉淀物经清洗干燥后，采用高温选择性刻蚀技术对其表面改性处理，最终获得波纹状ZnO纳米棒，其中，所述高温选择性刻蚀的温度为650～950℃。
所述的水热合成反应的温度为90～95℃。
高温选择性刻蚀时，以25℃/min的加热速率加热至650～950℃。
高温选择性刻蚀是在真空气氛炉内进行，且向其内通有还原性气体。
所述还原性气体为氢气、氨气或一氧化碳气体。
所述还原性气体的流量为5～20sccm。
高温选择性刻蚀的时间为5～30分钟。
所述的乙酸锌和六次亚甲基四氨的物质的量浓度之比为1:1。
一种波纹状ZnO纳米棒，该波纹状ZnO纳米棒的侧表面被交替存在(11-21)和(11-2-1)高指数晶面覆盖，形成明显的波纹状纳米棒结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结合水热合成技术和高温选择性刻蚀技术合成波纹状ZnO纳米棒，能够快速低成本、高产能的将六棱柱状ZnO纳米棒选择性刻蚀为波纹状ZnO纳米棒，且制得的波纹状ZnO纳米棒侧表面被交替的(11-21)和(11-2-1)高指数晶面覆盖，形成显著的波纹状周期性结构。不仅实现了特殊高指数晶面的合成，还大大提高了样品的比表面积，从而实现了对普通纳米棒的表面改性，提高了材料的催化、气敏性能，为后续基于低维ZnO纳米结构器件的制备提供了新的思路。
附图说明
图1是利用本发明方法制备出的波纹状ZnO纳米棒的SEM图；
图2是利用本发明方法制备出的单根波纹状ZnO纳米棒的TEM图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述技术方案做进一步详细说明。
实施例1
称取乙酸锌块0.54g，六次亚甲基四氨0.37g，倒入100mL去离子水中，搅拌均匀，获得前驱体溶液；然后将前驱体溶液倒入反应釜中并在干燥箱中加热至90℃，保持6h后冷却至室温，将所得液体离心后取其沉淀，先后用去离子水、乙醇、丙酮清洗并干燥，即可得到六棱柱状ZnO纳米棒粉末样品；取部分六棱柱状ZnO纳米棒粉末样品在管式炉中以25℃/min的加热速率加热至650℃，通入5sccm氢气(纯度为99.999％)气氛中，保持30min，取样品即可制得波纹状ZnO纳米棒。
实施例2
称取乙酸锌块0.27g，六次亚甲基四氨0.175g，倒入50mL去离子水中，搅拌均匀，获得前驱体溶液；然后将前驱体溶液倒入反应釜中并在干燥箱中加热至95℃，保持6h后冷却至室温，将所得液体离心后取其沉淀，先后用去离子水、乙醇、丙酮清洗并干燥，即可得到六棱柱状ZnO纳米棒粉末样品；取部分六棱柱状ZnO纳米棒粉末样品在管式炉中以25℃/min的加热速率加热至900℃，通入10sccm氨气(纯度为99.999％)气氛中，保持10min，取出样品即可制得波纹状ZnO纳米棒。
实施例3
称取乙酸锌块0.54g，六次亚甲基四氨0.37g，倒入100mL去离子水中，搅拌均匀，获得前驱体溶液；然后将前驱体溶液倒入反应釜中并在干燥箱中加热至90℃，保持8h后冷却至室温，将所得液体离心后取其沉淀，先后用去离子水、乙醇、丙酮清洗并干燥，即可得到六棱柱状ZnO纳米棒粉末样品；取部分六棱柱状ZnO纳米棒粉末样品在管式炉中以25℃/min的加热速率加热至700℃，通入20sccm氢气(纯度为99.999％)气氛中，保持5min，取出样品即可制得波纹状ZnO纳米棒。
实施例4
称取乙酸锌块0.27g，六次亚甲基四氨0.175g，倒入50mL去离子水中，搅拌均匀，获得前驱体溶液；然后将前驱体溶液倒入反应釜中并在干燥箱中加热至95℃，保持6h后冷却至室温，将所得液体离心后取其沉淀，先后用去离子水、乙醇、丙酮清洗并干燥，即可得到六棱柱状ZnO纳米棒粉末样品；取部分六棱柱状ZnO纳米棒粉末样品在管式炉中以25℃/min的加热速率加热至950℃，通入10sccm一氧化碳(纯度为99.999％)气氛中，保持15min，取出样品即可制得波纹状ZnO纳米棒。
实施例5
称取乙酸锌块0.54g，六次亚甲基四氨0.37g，倒入100mL去离子水中，搅拌均匀，获得前驱体溶液；然后将前驱体溶液倒入反应釜中并在干燥箱中加热至95℃，保持6h后冷却至室温，将所得液体离心后取其沉淀，先后用去离子水、乙醇、丙酮清洗并干燥，即可得到六棱柱状ZnO纳米棒粉末样品；取部分六棱柱状ZnO纳米棒粉末样品在管式炉中以25℃/min的加热速率加热至800℃，通入10sccm氢气(纯度为99.999％)气氛中，保持15min，取出样品即可制得波纹状ZnO纳米棒。
利用本发明提供的波纹状ZnO纳米棒的制备方法，制备出波纹状ZnO纳米棒结构如图1和图2所示，从图中可以看出，该纳米棒直径在100～500nm范围内，长度在1～5μm，其最显著特征是高温选择性刻蚀之后原有的六棱柱状纳米棒6个侧面被交替存在(11-21)和(11-2-1)高指数晶面覆盖，形成明显的波纹状纳米棒结构。
采用本发明提供的方法能够快速、低成本、高产能的制备得到波纹状ZnO纳米棒，稳定的合成出ZnO高指数晶面，从而实现了对普通纳米棒的表面改性，提高了材料的催化、气敏性能，为后续基于低维ZnO纳米结构器件提供了新的思路。
以上所述仅是本发明较佳的具体实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，本发明不仅限于此，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种波纹状ZnO纳米棒的制备方法，其特征在于：以乙酸锌和六次亚甲基四氨为前驱体，在反应釜内水热合成六棱柱状的ZnO纳米棒，反应完成后，将获得的沉淀物经清洗干燥后，采用高温选择性刻蚀技术对其进行反应，最终获得波纹状ZnO纳米棒，其中，所述高温选择性刻蚀的温度为650℃～950℃。
2.根据权利要求1所述的一种波纹状ZnO纳米棒的制备方法，其特征在于：所述的水热合成反应的温度为90～95℃。
3.根据权利要求1所述的一种波纹状ZnO纳米棒的制备方法，其特征在于：高温选择性刻蚀时，以25℃/min的加热速率加热至650～950℃。
4.根据权利要求1所述的一种波纹状ZnO纳米棒的制备方法，其特征在于：高温选择性刻蚀是在真空气氛炉内进行，且向其内通有还原性气体。
5.根据权利要求4所述的一种波纹状ZnO纳米棒的制备方法，其特征在于：所述还原性气体为氢气、氨气或一氧化碳气体。
6.根据权利要求4或5所述的一种波纹状ZnO纳米棒的制备方法，其特征在于：所述还原性气体的流量为5～20sccm。
7.根据权利要求1所述的一种波纹状ZnO纳米棒的制备方法，其特征在于：高温选择性刻蚀的时间为5～30分钟。
8.根据权利要求1所述的一种波纹状ZnO纳米棒的制备方法，其特征在于：所述的乙酸锌和六次亚甲基四氨的物质的量浓度之比为1:1。
9.一种波纹状ZnO纳米棒，其特征在于：该波纹状ZnO纳米棒的侧表面被交替存在(11-21)和(11-2-1)高指数晶面覆盖，形成明显的波纹状纳米棒结构。
10.根据权利要求9所述的一种波纹状ZnO纳米棒，其特征在于：该波纹状ZnO纳米棒的直径为100～500nm，长度在1～5μm。
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