CN109704389A - 一种采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于纳米材料领域，尤其涉及一种采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法。本发明制备过程中产生了低共熔现象，在某些二元或多元体系在升温过程中，多组分能以任何比例互相熔成一个液相；本发明低共熔溶剂由2分子尿素和1分子氯化胆碱通过氢键作用形成，室温下呈液态；将化学计量的尿素和氯化胆碱(ChCl)固态混合、100℃条件下下保温数小时，即可得到低共熔溶剂，无废水废气产生。

Description

一种采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法

技术领域

本发明属于纳米材料领域，尤其涉及一种采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法。

背景技术

纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometermaterial)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nanoparticle)组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。

纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法。

为了实现上目的，本发明提供的采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法，具体包括以下步骤。

步骤1、分别称取氯化胆碱和尿素，混合均匀后置于100-180℃烘箱中，直至变成清亮透明的液体，移出烘箱冷却至室温，得到低共熔溶剂。

步骤2、称取适量氧化锌，加入到制备好的低共熔溶剂中，于50-100℃下搅拌20-30h，氧化锌完全溶解。

步骤3、分别量取50-80mL乙醇和50-80mL去离子水，混合均匀后，组成反溶剂；用注射器吸取步骤2制备的ZnO低共熔溶剂溶液5 mL，1ml/s的速度注入反溶剂中；4500-6000r/min条件下搅拌混合液，20-40min后，在转速为4000r/min条件下，离心分离处理，得到的白色固体粉末。

步骤4、依次用去离子水、乙醇洗涤白色固体粉末，除去表面的低共熔溶剂，于60-80℃条件下，真空干燥1-2 h ，即可得到纳米ZnO 结构。

所述氯化胆碱和尿素的摩尔比为1:2。

所述氯化锌与氯化胆碱的摩尔比为0.8-0.9:1。

本发明的显著效果。

本发明制备过程中产生了低共熔现象，在某些二元或多元体系在升温过程中，多组分能以任何比例互相熔成一个液相；本发明低共熔溶剂由2 分子尿素和1 分子氯化胆碱通过氢键作用形成，室温下呈液态；将化学计量的尿素和氯化胆碱(ChCl)固态混合、100℃条件下下保温数小时，即可得到低共熔溶剂，无废水废气产生。本发明采用的原料尿素是哺乳动物的正常代谢产物，氯化胆碱是一种常用的食品和饲料添加剂，两者成本低廉，易生物降解，无环境副作用，因此是一种安全、廉价、绿色的溶剂。此外，低共熔溶剂还具有其他很多优越性能: 首先，与离子液体类似，低共熔溶剂也具有不挥发性，在不同极性的有机溶剂中溶解度差别显著等特点；其次由于低共熔溶剂是多元体系，因此比离子液体更容易进行结构设计和修饰，以适应不同的应用要求。

附图说明

图1、实施例1纳米ZnO结构的XＲD 粉末衍射图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1。

低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法，具体包括以下步骤。

步骤1、分别称取2mol氯化胆碱和4mol尿素，混合均匀后置于100℃烘箱中，直至变成清亮透明的液体，移出烘箱冷却至室温，得到低共熔溶剂。

步骤2、称取1.8mol氧化锌，加入到制备好的低共熔溶剂中，于100℃下搅拌20-30h，氧化锌完全溶解。

步骤3、分别量取80mL乙醇和80mL去离子水，混合均匀后，组成反溶剂；用注射器吸取步骤2制备的ZnO低共熔溶剂溶液5 mL，1ml/s的速度注入反溶剂中； 6000r/min条件下搅拌混合液，20min后，在转速为4000r/min条件下，离心分离处理，得到的白色固体粉末。

步骤4、依次用去离子水、乙醇洗涤白色固体粉末，除去表面的低共熔溶剂，于80℃条件下，真空干燥2 h ，即可得到纳米ZnO 结构。

实施例2。

采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法，具体包括以下步骤。

步骤1、分别称取1mol氯化胆碱和2mol尿素，混合均匀后置于150℃烘箱中，直至变成清亮透明的液体，移出烘箱冷却至室温，得到低共熔溶剂。

步骤2、称取0.85mol氧化锌，加入到制备好的低共熔溶剂中，于80℃下搅拌22h，氧化锌完全溶解。

步骤3、分别量取60mL乙醇和60mL去离子水，混合均匀后，组成反溶剂；用注射器吸取步骤2制备的ZnO低共熔溶剂溶液5 mL，1ml/s的速度注入反溶剂中；5000r/min条件下搅拌混合液，30min后，在转速为4000r/min条件下，离心分离处理，得到的白色固体粉末。

步骤4、依次用去离子水、乙醇洗涤白色固体粉末，除去表面的低共熔溶剂，于75℃条件下，真空干燥1.5 h，即可得到纳米ZnO 结构。

本发明实施例1以尿素-氯化胆碱低共熔溶剂作为正溶剂，乙醇-水( 体积比为1∶1) 作为反溶剂，成功制备得到了纳米结构的ZnO。所制备纳米ZnO结构的XＲD 粉末衍射图谱如图1所示。衍射峰的2θ值出现在31.703°、34.377°、36.208°、47.483°、56.530°、62.803°、66.310°、67.816°、68.933°、72.542°、76.780°，分别对应(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)、(112)、(201)、(004)和(202)衍射面，与六方纤锌矿ZnO 标准卡相符；计算的晶格常数为a=b= 0．3254 nm、c=0.5211nm，也与标准卡所给的晶格常数基本一致；XＲD 分析表明，所制备样品为具有六方纤锌矿结构的ZnO，同时表明反溶剂沉淀没有改变氧化锌的晶体结构；强而尖锐的衍射峰表明所制备的样品具有很好的结晶度和晶体质量；另外，XＲD 图谱中没有发现其他杂相衍射峰的存在，表明ZnO 纯度较高。

Claims (5)

1.一种采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、分别称取氯化胆碱和尿素，混合均匀后置于100-180℃烘箱中，直至变成清亮透明的液体，移出烘箱冷却至室温，得到低共熔溶剂；

步骤2、称取适量氧化锌，加入到制备好的低共熔溶剂中，于50-100℃下搅拌20-30h，氧化锌完全溶解；

步骤3、分别量取50-80mL乙醇和50-80mL去离子水，混合均匀后，组成反溶剂；用注射器吸取步骤2制备的ZnO低共熔溶剂溶液5 mL，1ml/s的速度注入反溶剂中；4500-6000r/min条件下搅拌混合液，20-40min后，在转速为4000r/min条件下，离心分离处理，得到的白色固体粉末；

步骤4、依次用去离子水、乙醇洗涤白色固体粉末，除去表面的低共熔溶剂，于60-80℃条件下，真空干燥1-2 h ，即可得到纳米ZnO 结构。

2.如权利要求1所述的采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法，其特征在于，所述氯化胆碱和尿素的摩尔比为1:2。

3.如权利要求1所述的采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法，其特征在于，所述氯化锌与氯化胆碱的摩尔比为0.8-0.9:1。

4.如权利要求1所述的采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、分别称取2mol氯化胆碱和4mol尿素，混合均匀后置于100℃烘箱中，直至变成清亮透明的液体，移出烘箱冷却至室温，得到低共熔溶剂；

步骤2、称取1.8mol氧化锌，加入到制备好的低共熔溶剂中，于100℃下搅拌20-30h，氧化锌完全溶解；

步骤3、分别量取80mL乙醇和80mL去离子水，混合均匀后，组成反溶剂；用注射器吸取步骤2制备的ZnO低共熔溶剂溶液5 mL，1ml/s的速度注入反溶剂中； 6000r/min条件下搅拌混合液，20min后，在转速为4000r/min条件下，离心分离处理，得到的白色固体粉末；

步骤4、依次用去离子水、乙醇洗涤白色固体粉末，除去表面的低共熔溶剂，于80℃条件下，真空干燥2 h ，即可得到纳米ZnO 结构。

5.如权利要求1所述的采用低共熔溶剂制备ZnO纳米结构材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、分别称取1mol氯化胆碱和2mol尿素，混合均匀后置于150℃烘箱中，直至变成清亮透明的液体，移出烘箱冷却至室温，得到低共熔溶剂；

步骤2、称取0.85mol氧化锌，加入到制备好的低共熔溶剂中，于80℃下搅拌22h，氧化锌完全溶解；

步骤3、分别量取60mL乙醇和60mL去离子水，混合均匀后，组成反溶剂；用注射器吸取步骤2制备的ZnO低共熔溶剂溶液5 mL，1ml/s的速度注入反溶剂中；5000r/min条件下搅拌混合液，30min后，在转速为4000r/min条件下，离心分离处理，得到的白色固体粉末；

步骤4、依次用去离子水、乙醇洗涤白色固体粉末，除去表面的低共熔溶剂，于75℃条件下，真空干燥1.5 h，即可得到纳米ZnO 结构。