[發明專利]一種納米氧化鋅三重自組裝空心球殼的制備方法

無效

• 申請號: 201010101822.0
• 申請日: 2010-01-27
• 公開（公告）號: CN101774631A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 尚亞卓;劉洪來;宋偉杰;胡軍
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所 31230
• 代理人: 章鳴玉

技術領域

本發明屬無機納米材料技術領域，具體涉及納米氧化鋅三重自組裝空心球 殼的制備方法。

背景技術

ZnO是一種非常重要的半導體金屬氧化物，其禁帶寬度約為3.37eV，具有 較高的激子結合能和光增益系數。ZnO結構單元的尺寸、形貌及其組裝的結構 在很大程度上決定了其使用性能。納米結構的制備研究中，納米結構單元二重 或三重自組裝成復雜的有序超結構是極具挑戰性的研究領域，其中空心球結構 作為一種特殊的結構，其明顯的特征就是具有很大的內部空間，更低的密度和 更高的比表面積，在填充材料、藥物傳輸、合成功能材料模板、光子晶體、催 化和太陽能電池等領域具有廣闊的潛在應用價值。

目前制備無機ZnO球殼主要采用熱蒸發法[Gao，P.X.；Wang?Z.L. J.Am.Chem.Soc.2003，125：11299-11305]和模板法[Jiang?Z.Y.；Xie?Z.X.；Zhang X.H.；Lin?S.C.；Xu?T.Adv.Mater.2004，16，904-907]等。這些方法在一定程度上 存在不足，譬如產品的形貌、尺寸均一化程度不能盡如人意、高溫反應條件苛 刻或者是制備過程比較煩瑣、成本相對較高等。而水熱法[Liu?B.Zeng?H?C.J Am?Chem?Soc，2004，126(51)：16744-16746]由于具有操作簡單、投資小，生 成物不需粉碎、純化，所得產品純度高、分散性好而且產物粒徑可控，容易實 現規模化生產等優點而備受青睞。通常情況下，在水熱合成過程中選用表面活 性劑作為輔助劑以控制產品的形貌。然而，大多數表面活性劑用后難于回收對 環境造成污染，且在較高溫度下熱力學和化學穩定性較差，大大縮小了其應用 范疇，在一定程度上限制了該技術的發展。尋找一種適用溫度范圍廣、易于回 收的水熱輔助劑一直是研究者的不斷追求。

發明內容

本發明目的在于提出一種以離子液體為晶體生長控制劑，制備納米氧化鋅 三重自組裝空心球殼的方法。

離子液體是一類新型綠色化學品，是由陰、陽離子組成，常溫附近呈液態 的鹽類。離子液體具有許多優異性能，如液體狀態溫度范圍寬，從低于室溫或 接近室溫到300℃范圍內穩定存在；具有良好的物理化學穩定性；幾乎沒有蒸 汽壓，可消除揮發性助劑對環境的污染問題；無可燃性，對大量無機和有機物 都有良好的溶解能力等特點。同時，離子液體的性質可通過調節陰、陽離子進 行優化。離子液體具有的獨特物化性質已引起人們的廣泛關注，正成為當前研 究與開發的熱點之一。然而，到目前為止，把離子液體同水熱法結合用于氧化 鋅的合成尤其是用于納米氧化鋅結構單元二重或三重自組裝形成氧化鋅有序 超結構還未見報道。

本發明以咪唑類離子液體為晶體生長控制劑，通過改變離子液體的濃度及 水熱反應條件，控制合成納米氧化鋅三重自組裝空心球殼，其步驟如下：

1.配制咪唑類離子液體水溶液；

2.將鋅粉加入到離子液體水溶液中，在室溫下超聲分散；

3.將步驟2所得混合物移至水熱反應釜內，恒溫水熱反應后自然冷卻至室 溫；

4.將步驟3得到的反應混合物離心分離、洗滌，干燥、回收離子液體，得 到三重自組裝氧化鋅空心球殼。

本發明所述的離子液體是烷基咪唑類離子液體[C_nmim][Br](n＝4，6，8)，反 應釜內混合物中鋅粉的重量百分比為2～4％，離子液體的重量百分比濃度為 10～15％，水熱反應溫度為160～200℃，水熱反應時間為5～7小時。

本發明氧化鋅空心球殼的尺寸可以通過改變水熱反應釜上方預留空間得 以控制。

本發明所用的咪唑類離子液體以N-甲基咪唑和溴代烷為原料，采用微波 輔助法合成，合成路線如下：

具體合成方法參照Varma?R?S，Namboodiri?V?V.An?expeditions solvent.Free?route?to?ionic?liquids?using?microwaves [J].Chem.Soc.Chem.Commun.，2001，(7)：643-644。