一種空心花型微米結構氧化鋅的製備方法

2023-08-13 23:20:46

專利名稱：一種空心花型微米結構氧化鋅的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種特殊形貌的微米半導體材料氧化鋅的製備方法。
背景技術：
氧化鋅(S1O)是具有高激子束縛能(60eV)的寬帶隙半導體材料，室溫時在紫外區就可產生強的激子發射。由於ZnO獨特的光電性質以及成本低的特點，使其在短波長發光二極體、室溫紫外雷射二極體、太陽能電池、紫外線吸收劑、透明導體、場發射顯示器、 壓敏電阻器和傳感器、催化劑以及氣體傳感器等領域都有著廣闊的應用前景(Wei Dong Zhou, Xiao Wu, Yong Cai Zhang et al. Materials Letters, 2007,61 :2054-2057) APJf 周知，無機材料的尺寸和形貌對材料的電學和光學性質以及應用有很大的影響。因此在合成ZnO時，對其形貌、尺寸進行控制是十分有意義的。如何按照人們意願選擇適當的合成方法來調控材料的形貌、尺寸和結構是當今材料研究的前沿和熱點。到目前為止，人們已經成功的製備了各種形貌的&ι0，如納米線、納米棒、納米梳、納米彈簧、六角狀的納米片和納米環以及一維氧化鋅納米陣列(楊合情，李麗，宋玉哲，et al.中國科學B輯化學， 2007,37 :417-425)。其中，空心材料表現出較特殊的性質，如密度低、比表面積大以及優越的光學特性，這些性質使其在藥物緩釋/控釋系統、色譜分離、催化劑、塗料、微反應器以及光電材料等眾多領域有著廣闊的應用前景(孫瑞雪，李木森，呂宇鵬.材料導報，2005，19: 19-22)。研究較多的空心材料的合成方法主要有犧牲模板法、微乳液法、噴霧反應法、超聲波法、模板-界面反應法、逐層自組裝法。但使用最多的仍然是模板法，中國專利申請號為 200910098778. X就是使用高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲酯為模板劑來製備氧化鋅的空心微球。雖製備方法簡單，但引入了有機化合物，不但使生產成本增加而且一旦洗滌不淨就會引入雜質且汙染環境。關於空心花型微米結構的ZnO未見有關專利報導。雖然有相關文獻報導有花型結構SiO的合成，但和本發明所說的花型是不同的。如Y. B. Hahn等使用硝酸鋅 (Zn(NO3)2 · 6H20)和氫氧化鈉(NaOH)作為反應物，以水作為溶劑，採用簡單的溶液方法在 90°C合成了花型的微米 ZnO (Q. Ahsanulhaq, S. H. Kim, J. H. Kim, et al. Materials Research Bulletin 2008，43 :3483-3489)。但此文獻中報導的花型是非中空結構。總之，我們合成的中空花型結構的微米ZnO具有獨特的結構。

發明內容
本發明的目的在於提供一種中空花型SiO的製備方法，以可溶性鋅鹽和可溶性弱鹼性物質為原料，採用水熱法合成中空梭型氧化鋅。本發明反應體系簡單，原料易得，操作方便，產率高(高達99.2%)、對環境無汙染等優點。為實現上述目的，本發明包括以下步驟本發明採用的技術方案步驟如下
(1)將可溶性鋅鹽溶於去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0. 01-0. 80摩爾/升;(2)將硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續攪拌0. l_2h，其中Si2+與NaBH4的摩爾配比為 1 20-1 2 ；(3)將步驟( 所得溶液在40°C至60°C下預熱20-50分鐘，轉入水熱合成反應釜中，加熱l_48h，加熱溫度至60°C 2000C ；(4)步驟⑶結束後，自然冷卻至室溫；(5)過濾步驟⑷所得的溶液、收集生成物、洗滌、乾燥，得到花形結構的微米&10。所述步驟(1)的可溶性鋅鹽為硝酸鋅或醋酸鋅或氯化鋅。本發明具有的有益效果是本發明製備得到的氧化鋅空心花型材料具有較好的結晶度和良好的分散性、形貌規則均一，其空腔明顯可見(附圖2)；且室溫下有螢光發射，發射峰位在427nm左右，位於可見光區(附圖3)。此發明獲得的ZnO材料，具有較好的結晶度，使用X-衍射粉末衍射 (XRD)對其物相進行分析，出峰位置在 d = 2. 8177，d = 2. 6042，d = 2. 4767，d = 1. 9095，d =1. 6245，d = 1. 4763，d = 1. 4068，d = 1. 3770，d = 1. 3589，d = 1. 3038，d = 1. 2381 其相應的標準 d 值為 d = 2. 814，d = 2. 603，d = 2. 475，d = 1. 911，d = 1. 624，d = 1. 477， d = 1.407，d= 1. 378, d = 1. 358，d = 1. 301, d = 1. 237，與標準卡進行比對證明，我們製得的ZnO材料是純的六方纖鋅礦結構。本發明的空心花型結構的微米ZnO可以在藥物緩釋、醫療診斷、催化劑、微反應器、塗料等方面有廣闊的應用。下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步的描述。以下實施例包含但不限制本發明保護的範圍。


圖1是本發明所得材料的X-射線衍射圖譜。圖2是本發明所得材料的花型結構aiO的SEM圖。圖3是本發明所得材料的室溫螢光光譜中，空心花形結構的微米SiO的發射峰位在427nm左右，位於可見光區。
具體實施例方式實施例1(1)將醋酸鋅溶於去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.01摩爾/升。(2)將0. 5g硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續攪拌10分鐘。(3)將步驟⑵所得溶液在40°C下預熱50分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉入水熱合成反應釜中，60°C下加熱48h。(5)步驟(4)結束後，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟( 所得的溶液、收集生成物、洗滌、乾燥，得到花形結構的微米&10。實施例2
(1)將醋酸鋅溶於去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.01摩爾/升。(2)將1. Og硼氫化鈉加入⑴的溶液中，繼續攪拌60分鐘。(3)將步驟⑵所得溶液在40°C下預熱50分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉入水熱合成反應釜中，120°C下加熱20h。(5)步驟(4)結束後，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟( 所得的溶液、收集生成物、洗滌、乾燥，得到花形結構的微米&10。實施例3(1)將醋酸鋅溶於去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.01摩爾/升。(2)將2. Og硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續攪拌池。(3)將步驟⑵所得溶液在60°C下預熱20分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉入水熱合成反應釜中，120°C下加熱10h。(5)步驟(4)結束後，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟( 所得的溶液、收集生成物、洗滌、乾燥，得到花形結構的微米&10。實施例4(1)將醋酸鋅溶於去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.5摩爾/升。(2)將3. Og硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續攪拌lh。(3)將步驟⑵所得溶液在60°C下預熱20分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉入水熱合成反應釜中，120°C下加熱10h。(5)步驟(4)結束後，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟(5)所得的溶液、收集生成物、洗滌、乾燥，得到花形結構的微米&ι0。實施例5(1)將醋酸鋅溶於去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.01摩爾/升。(2)將0. 2g硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續攪拌lh。(3)將步驟⑵所得溶液在60°C下預熱20分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉入水熱合成反應釜中，180°C下加熱lh。(5)步驟(4)結束後，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟( 所得的溶液、收集生成物、洗滌、乾燥，得到花形結構的微米&ι0。實施例6(1)將醋酸鋅溶於去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.8摩爾/升。(2)將5g硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續攪拌lh。(3)將步驟⑵所得溶液在60°C下預熱10分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉入水熱合成反應釜中，180°C下加熱10h。(5)步驟(4)結束後，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟( 所得的溶液、收集生成物、洗滌、乾燥，得到花形結構的微米&10。
權利要求
1. 一種中空花形結構的微米SiO的製備方法，包括以下步驟(1)將可溶性鋅鹽溶於去離子水中，攪拌使可溶性鋅鹽完全溶解得均一透明溶液，鋅離子&12+在溶液中的濃度為0. 01-0. 80摩爾/升；(2)將NaBH4加入步驟(1)的溶液中，繼續攪拌0.l_2h，其中，Zn2+與NaBH4的摩爾配比為 1 20-1 2 ；(3)將步驟( 所得溶液在40°C至60°C下預熱20-50分鐘，轉入水熱合成反應釜中，加熱l_48h，加熱溫度至60V 200°C ；(4)步驟(3)結束後，自然冷卻至室溫；(5)過濾步驟(4)所得的溶液，收集生成物、洗滌、乾燥，得到花形結構的微米&ι0。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是步驟(1)的可溶性鋅鹽為硝酸鋅或醋酸鋅或氯化鋅。
全文摘要
一種中空花形結構的微米ZnO的製備方法，屬於一種半導體微米材料的製備方法，本發明將可溶性鋅鹽溶於去離子水中，攪拌得到均勻透明溶液，鋅離子的總濃度為0.01-0.80摩爾/升；然後將0.2-5.0g硼氫化鈉加入上述溶液中，攪拌0.1-2h，40℃至60℃下預熱後，最後將溶液轉入水熱反應釜中在60℃～200℃下反應1-48h，反應結束後自然冷卻至室溫，收集生成物、洗滌、乾燥，得到花形結構的微米ZnO。本發明微米ZnO分散性和結晶度良好、形貌均一，空腔明顯，且反應體系簡約，反應溫和，成本低廉，洗滌方便、產率高達99.2％，具有廣闊的應用前景。
文檔編號B82Y40/00GK102303896SQ20111013594
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月25日 優先權日2011年5月25日
發明者劉擁軍, 洪元萍, 蔣峰芝, 袁波 申請人:雲南大學