[發明專利]一種量子尺寸氧化鋅及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201110007767.3
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102161499A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 白守禮;徐小艷;胡景偉;羅瑞賢;李殿卿
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;G01N27/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 何俊玲

技術領域：

本發明涉及一種量子尺寸氧化物及其制備方法以及將其用作氣敏材料。

背景技術

氧化鋅是一種N-型半導體金屬氧化物，可在氣敏、激光器、高密度存儲器、壓電器件、催化領域和生物熒光標記等多方面展現出特殊的用途。目前應用于氣敏的金屬氧化物制備過程都比較復雜，不利于工業化生產。這在很大程度上限制了這些金屬氧化物在氣敏方面的應用。而氧化鋅是一種比較高性能、低成本的氣敏材料。目前量子尺寸氧化鋅的制備主要有物理法和化學法，化學法是目前最為簡便和常用的方法。但是，目前的化學制備法都存在一定的局限性，主要的問題就是氧化鋅聚集長大及尺寸不均一性。特別是量子尺寸氧化鋅成核和晶化溫度較高，在高溫灼燒的時候，量子尺寸氧化鋅很容易迅速長大，甚至發生二次團聚生成大的團聚體。這大大影響了量子尺寸氧化鋅在各方面的應用。文獻[1]：Journal?of?Alloys?and?Compounds，2009，477，632～635中Jinghai?Yang等人利用水熱法制備量子尺寸氧化鋅，結果表明，它們在低溫下的結晶度不高，而在高溫下氧化鋅尺寸太大。文獻[2]：JACS，2007中Ying-Song?Fu等人利用水熱法制備了尺寸為5nm的量子尺寸氧化鋅，結果表明，該方法制備的量子尺寸氧化鋅產量極低，不適于用來生產。文獻[3]：ScienceDirect，2008中Na?Zhang等人利用乙醇熱法制備量子尺寸氧化鋅，結果表明，該法制備的氧化鋅為柱狀，尺寸較小。

從上述文獻可見，量子尺寸氧化鋅的制備方法還不夠成熟，不能制備出理想的量子尺寸氧化鋅晶體。

發明內容

本發明的目的在于提供一種量子尺寸的氧化鋅材料及其制備方法以及將該材料用作氣敏材料。

本發明所提供的量子尺寸氧化鋅，具體制備方法如下：

在反應容器中，將可溶性鋅鹽溶于無水乙醇中，配成摩爾濃度為0.03～0.1M的溶液，在室溫條件下，轉速為100～500rpm的強烈攪拌下，用濃度為0.05～0.15M的氫氧化鈉-無水乙醇溶液緩慢滴加到上述溶液中至pH值為8.0～14.0，待攪拌至1h后，加入油酸，油酸與鋅鹽的摩爾比為1∶0.38～1.5；繼續攪拌1h，使其形成白色膠狀物。用離心機將白色膠狀物離心，用無水乙醇洗滌2～3次，將得到的白色沉淀在50℃下干燥4～7h，得到氧化鋅粉體，置于馬弗爐中焙燒，以8～10℃/min速度升溫，200℃～600℃保持40～60分鐘；得到氧化鋅粉體。

其中可溶性鋅鹽是Zn(NO₃)₂·6H₂O、ZnCl₂或Zn(Ac)₂·2H₂O中的一種。

對得到的產物進行如下表征：

圖1是實施例1產物的透射電鏡(HRTEM)照片，由圖1可看出樣品為分散均勻、尺寸均一的氧化鋅晶體，其顆粒直徑約為5nm，為量子尺寸。

圖2是實施例1、2、3的產物的熒光光譜(PL)分析圖，從圖中2可見，以350～400nm波長的光激發時，不同焙燒溫度的樣品都在530nm處由很強的綠光發射。而且，在600℃焙燒溫度下的發射光譜最強，而200℃焙燒溫度下的發射光譜最弱。這說明結晶度對其發光性能有很大影響。

圖3是實施例1、2、3的產物X射線衍射分析(XRD)圖，由圖3中可見，特征峰的位置和強度與粉末衍射標準聯合委員會卡(JCPDS?No.36-1451，晶胞參數a為0.3250nm，c為0.5207nm)基本一致，其晶面間距d值(單位：nm)分別為0.28220、0.26108、0.24820、0.19156、0.16290、0.14793和0.13800，分別對應于纖鋅礦結構氧化鋅的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)和(112)晶面。證明得到的產物為纖鋅礦結構的量子尺寸氧化鋅。

圖4是實施例1制備的量子尺寸氧化鋅和純油酸的傅里葉紅外變換光譜(FTIR)對比圖，由圖4可見，樣品中有振動峰位于455cm^-1的量子尺寸氧化鋅，還有位于3300-3500cm^-1、1583cm^-1和1406cm^-1的峰，它們分別對應于-OH的伸縮振動峰以及羧酸根(COO^-)的不對稱和對稱伸縮振動峰。這表明樣品表面具有大量羥基，同時樣品表面還存在一些游離的羧酸根離子。

本發明的有益效果：