CN106006706A - 一种哑铃型ZnO微米环气敏材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米气敏材料制备技术领域，涉及一种哑铃型ZnO微米环气敏材料的制备方法，以Zn(NO3)2·6H2O和六次甲基四胺为反应原料，以水为溶剂，利用水热合成技术制备ZnO哑铃型棒状结构，室温静置后自发腐蚀得到哑铃型微米环气敏材料，制备工艺简单，反应条件温和，生产成本低，易于批量生产，制备的产品纯度高，结晶性好，比表面大，在气体传感器和光催化等方面具有潜在用途。

Description

一种哑铃型ZnO微米环气敏材料的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米气敏材料制备技术领域，涉及一种ZnO微米环状结构的制备方法，特别是一种哑铃型ZnO微米环气敏材料的制备方法。
背景技术：
氧化锌(ZnO)是一种重要的宽带隙金属氧化物半导体材料，室温下禁带宽度约为3.37eV，具有制备简单、物理化学性能稳定等优点，可以应用于光催化、太阳能电池材料、发光材料、压电材料、光探测器、气体传感器等研究领域。ZnO微纳米结构的制备近年来取得了巨大的发展，其制备方法主要有物理气相沉积和液相化学法。目前已经报道的ZnO微纳米结构主要包括一维的线/棒/管状结构和二维的纳米片/纳米盘结构，而ZnO微纳米环状结构的报道较少。
目前，ZnO微纳米环状结构材料的制备方法主要是高温气相反应或者液相法，例如，文献“X.Y.Kong,Y.Ding,R.Yang,Z.L.Wang,Science 2004，303，1348-1351”较早报道了利用ZnO和Li2CO3为反应物在1400℃下制备ZnO纳米环；“Ramin Yousefi，CrystEngComm,2015,17,2698-2704”报道了在1100℃利用ZnO为原料，Au为催化剂在Si片上生长ZnO纳米环的方法；“X.Wu,F.Qu,X.Zhang.W.Cai,G.Shen,Journal of Alloys and Compounds 2009，486，L13–L16”报道了利用热蒸发方法，以ZnS和活性碳为原料在900℃生成ZnO纳米环；显而易见，高温气相方法反应条件苛刻，不利于大规模制备。液相法则因为反应条件比较温和，制备过程相对简单，容易操作而更具有意义，例如文献“Y.Peng,L.Bao，Frontiers of Chemistry in China,2008,3,458-463”报道了利用C6H12N4和Zn(NO3)2为原料，poly(acrylamide-co-diallyldimethylammonium chloride)为表面活性剂，在75℃反应5h得到了ZnO纳米环结构；“J.Wu,D.Xue，MaterialsResearch Bulletin，2010，45，295–299”报道了利用Zn(CH3COO)2为原料，醇水混合溶剂，以金属Zn片为模板制备ZnO纳米环。但是，上述方法使用了表面活性剂或者金属模板，提高了生产成本。此外，文献中目前还未见关于哑铃型ZnO微米环状结构的报道。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种利用液相法合成技术制备哑铃型ZnO微米环气敏材料的方法，该方法不使用任何表面活性剂，反应温度较低，适合大规模的制备半导体ZnO环状结构，制备的材料气敏性能好。
为了实现上述发明目的，本发明以Zn(NO3)2.6H2O和六次甲基四胺(HMT)为反应原料，以水为溶剂，利用水热合成技术制备ZnO哑铃型棒状结构，室温静置后自发腐蚀得到哑铃型微米环气敏材料，具体包括以下步骤：
(1)分别配制浓度为0.05M的六次甲基四胺(HMT)溶液和浓度为0.05M的Zn(NO3)2溶液；
(2)将步骤(1)配制的六次甲基四胺(HMT)溶液20mL和20mL Zn(NO3)2溶液20mL混合后装入50mL聚四氟乙烯水热反应釜，在90℃保温反应3-5h后冷却得到白色悬浊液；
(3)将步骤(2)得到的白色悬浊液在室温下放置24-96h，依次用去离子水和乙醇在4000rpm条件下离心洗涤后得到白色样品；
(4)将步骤(3)得到白色样品在60℃干燥12h，制备得到哑铃型ZnO微米环气敏材料。
本发明与现有技术相比，制备工艺简单，反应条件温和，生产成本低，易于批量生产，制备的产品纯度高，结晶性好，比表面大，在气体传感器和光催化等方面具有潜在用途。
附图说明：
图1为本发明实施例1制备的哑铃型ZnO微米环气敏材料XRD谱图。
图2为本发明实施例1制备的哑铃型ZnO微米环气敏材料扫描电镜照片。
图3为本发明实施例2制备的哑铃型ZnO微米环气敏材料扫描电镜照片。
图4为本发明实施例2制备的哑铃型ZnO微米环气敏材料在300℃对50ppm乙醇的响应-恢复曲线。
图5为本发明实施例2制备的哑铃型ZnO微米环气敏材料在300℃对200ppm乙醇的响应-恢复曲线。
图6为本发明实施例3制备的哑铃型ZnO微米环气敏材料扫描电镜照片。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图做进一步说明。
实施例1：
本实施例将20mL浓度为0.05M的HMT溶液和20mL浓度为0.05M的Zn(NO3)2溶液混合装入50mL聚四氟乙烯水热反应釜，在90℃保温反应3h，经冷却后得到白色悬浊液；将得到的白色悬浊液在室温下放置24h，依次用去离子水和乙醇在4000rpm条件下离心洗涤后得到白色样品，最后将白色样品在60℃干燥12h，即得哑铃型ZnO微米环气敏材料。
本实施例对产物哑铃型ZnO微米环气敏材料进行XRD表征，如图1所示，产物具有良好的结晶型，为六方纤锌矿结构。
本实施例对产物哑铃型ZnO微米环气敏材料进行SEM表征，如图2所示，产物具有中空结构，管壁相对较厚。
实施例2：
本实施例将20mL浓度为0.05M的HMT溶液和20mL浓度为0.05M的Zn(NO3)2溶液混合装入50mL聚四氟乙烯水热反应釜，在90℃保温反应3h，经冷却后得到白色悬浊液；将得到的白色悬浊液在室温下放置72h，依次用去离子水和乙醇在4000rpm条件下离心洗涤后得到白色样品，最后将白色样品在60℃干燥12h，即得哑铃型ZnO微米环气敏材料。
本实施例对产物哑铃型ZnO微米环气敏材料进行SEM表征，如图3所示，产物具有中空结构，管壁相对较薄。
本实施例对产物哑铃型ZnO微米环气敏材料进行气敏性测试，如图4所示，对50ppm乙醇具有较快的响应和恢复特性。
本实施例对产物哑铃型ZnO微米环气敏材料进行气敏性测试，如图5所示，对200ppm乙醇具有更快的响应和恢复特性。
实施例3：
本实施例将20mL浓度为0.05M的HMT溶液和20mL浓度为0.05M的Zn(NO3)2溶液混合装入50mL聚四氟乙烯水热反应釜，在90℃保温反应5h，经冷却后得到白色悬浊液；将得到的白色悬浊液在室温下放置96h，依次用去离子水和乙醇在4000rpm条件下离心洗涤后得到白色样品，最后将白色样品在60℃干燥12h，即得哑铃型ZnO微米环气敏材料。
本实施例对产物哑铃型ZnO微米环气敏材料进行SEM表征，如图6所示，产物具有中空结构，管壁相对较厚。

Claims (1)

1.一种哑铃型ZnO微米环气敏材料的制备方法，其特征在于以Zn(NO3)2·6H2O和六次甲基四胺为反应原料，以水为溶剂，利用水热合成技术制备ZnO哑铃型棒状结构，室温静置后自发腐蚀得到哑铃型微米环气敏材料，具体包括以下步骤：
(1)分别配制浓度为0.05M的六次甲基四胺溶液和浓度为0.05M的Zn(NO3)2溶液；
(2)将步骤(1)配制的六次甲基四胺溶液20mL和20mLZn(NO3)2溶液20mL混合后装入50mL聚四氟乙烯水热反应釜，在90℃保温反应3-5h后冷却得到白色悬浊液；
(3)将步骤(2)得到的白色悬浊液在室温下放置24-96h，依次用去离子水和乙醇在4000rpm条件下离心洗涤后得到白色样品；
(4)将步骤(3)得到白色样品在60℃干燥12h，制备得到哑铃型ZnO微米环气敏材料。
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