[發(fā)明專利]一種控制氧化鋅納米顆粒形貌的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110146022.5
• 申請(qǐng)日: 2011-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN102807249A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉騰蛟;江鵬;修良章;酉琪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): C01G9/02
• 分類號(hào): C01G9/02;B82Y40/00
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 陳小蓮;王鳳桐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制氧化鋅納米顆粒形貌的方法。

背景技術(shù)

納米氧化鋅與普通氧化鋅相比，具有更為優(yōu)良的物理化學(xué)特性。尤其是在壓電，熒光，光催化特性方面較為突出。這些優(yōu)良的性質(zhì)使得納米氧化鋅在能源、環(huán)境以及工業(yè)催化等應(yīng)用領(lǐng)域具有潛在的價(jià)值，因而受到科研工作者的普遍關(guān)注。由于納米氧化鋅表面結(jié)構(gòu)中存在大量缺陷，使其在光催化降解有機(jī)污染物方面的作用顯著。氧化鋅的帶隙能Eg為3.2eV，波長(zhǎng)低于387.5nm(λg＝1240/Eg)的紫外光源均可作為其激發(fā)光源。當(dāng)納米氧化鋅材料受到大于禁帶寬度能量的光子照射后，電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，電子具有還原性，空穴具有氧化性。光生e^-和h⁺除了可以直接與反應(yīng)物作用，還可與吸附在催化劑上的其它電子受體或給體發(fā)生反應(yīng)。空穴與納米氧化鋅材料表面的OH^-反應(yīng)生成氧化性很高的OH·自由基，活潑的OH·能夠?qū)⑺械挠袡C(jī)燃料污染物氧化為CO₂和H₂O。由于氧化鋅不同晶面的表面結(jié)構(gòu)不同使其穩(wěn)定性和表面缺陷數(shù)量存在較大差異，因此導(dǎo)致具有不同晶面的氧化鋅的光催化效果不同，例如：Hajime?Haneda(Morphologies?of?zinc?oxide?particles?and?their?effects?on?photocatalysis，Chemosphere，2003，5，129-137)小組采用不同方法合成了不同形貌的氧化鋅納米晶，發(fā)現(xiàn)其光催化活性和表面形貌有密切關(guān)系。基于這樣一個(gè)原因，氧化鋅納米材料的形貌和表面結(jié)構(gòu)控制成為一大研究熱點(diǎn)。人們發(fā)展了許多具有不同表面結(jié)構(gòu)和形貌的納米氧化鋅顆粒的制備方法。最典型的是氣相沉積和濕化學(xué)方法。氣相沉積方法因重現(xiàn)性不好、無法大量生產(chǎn)等缺點(diǎn)而很少用于光催化劑研究。濕化學(xué)方法是大量制備形貌和結(jié)構(gòu)可控的氧化鋅納米材料的一個(gè)好的選擇。然而，目前采用濕化學(xué)方法大多利用表面穩(wěn)定劑的吸附作用來控制氧化鋅納米材料的形貌。這樣制備的氧化鋅納米材料表面因?yàn)橛蟹€(wěn)定劑包裹而使得其光催化活性受到影響而降低。于是如何通過選擇適當(dāng)?shù)暮铣蓷l件，避開表面穩(wěn)定劑對(duì)氧化鋅表面結(jié)構(gòu)的影響成為未來氧化鋅納米材料能否在光催化領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為提供一種能夠控制氧化鋅納米顆粒形貌的方法，通過該方法可以制備具有形貌可控和缺陷濃度可控的氧化鋅納米晶體顆粒，并且在該制備方法中不需要使用表面穩(wěn)定劑。

本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過控制N，N-二甲基甲酰胺和水的比例以及N，N-二甲基甲酰胺、水和六水合硝酸鋅的接觸時(shí)間，可以制備具有形貌可控和缺陷濃度可控的氧化鋅納米晶體顆粒。

即，本發(fā)明提供一種控制氧化鋅納米顆粒形貌的方法，該方法包括在溫度為110-140℃下，將N，N-二甲基甲酰胺、水和六水合硝酸鋅接觸，其中，通過控制N，N-二甲基甲酰胺和水的比例以及N，N-二甲基甲酰胺、水和六水合硝酸鋅的接觸時(shí)間來得到不同形貌的氧化鋅納米顆粒。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單且易于操作，僅采用溶劑熱化學(xué)合成氧化鋅納米晶體顆粒，所需步驟較少。

2、本發(fā)明使六水合硝酸鋅在N，N-二甲基甲酰胺中自發(fā)水解，不需要添加其他能夠提供氫氧根的物質(zhì)，所需反應(yīng)物質(zhì)較少。

3、本發(fā)明制備的氧化鋅納米晶體顆粒，沒有添加任何表面穩(wěn)定劑，使得活性位點(diǎn)不被覆蓋，有助于增強(qiáng)其作為催化劑的催化效率。

4、本發(fā)明制備的三種氧化鋅納米晶體顆粒，其表面缺陷濃度由反應(yīng)水量控制，其晶面的生長(zhǎng)也與水量相關(guān)，可以通過簡(jiǎn)單的水量調(diào)節(jié)制備不同光催化活性，發(fā)光性質(zhì)的氧化鋅納米材料。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所制備的氧化鋅納米顆粒的掃描電子顯微鏡圖片，其中，圖1中的a和b為實(shí)施例1所制備的棒狀氧化鋅納米顆粒的掃描電子顯微鏡圖片；圖1中的c和d為實(shí)施例2所制備的截角六棱錐狀氧化鋅納米顆粒的掃描電子顯微鏡圖片；圖1中的e和f為實(shí)施例3所制備的多層盤狀氧化鋅納米顆粒的掃描電子顯微鏡圖片。

圖2為實(shí)施例1所制備的棒狀氧化鋅納米顆粒的X射線光電子能譜O1s峰圖。

圖3為實(shí)施例2所制備的截角六棱錐狀氧化鋅納米顆粒的X射線光電子能譜O1s峰圖。

圖4為實(shí)施例3所制備的多層盤狀氧化鋅納米顆粒的X射線光電子能譜O1s峰圖。

具體實(shí)施方式