[發明專利]水熱-煅燒法制備納米空心球殼氧化鋅的方法

有效

• 申請號: 201210360225.9
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102897825A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 朱國興;徐歡;沈小平;周紅波
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;B82Y40/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于功能納米結構材料制備領域，涉及氧化鋅納米空心球殼結構的制備方法，特別涉及一種水熱-煅燒法制備納米空心球殼氧化鋅的方法。

背景技術

氧化鋅（ZnO）俗稱鋅白，是一種常用的環境友好的氧化物半導體。氧化鋅帶隙為3.37?eV，激子束縛能為?60?meV，其薄膜有著較高的透明度，優異的常溫發光性能。在半導體領域的液晶顯示器、薄膜晶體管、太陽能電池、傳感器、光催化劑等領域都有著廣泛的應用。氧化鋅還作為一種常用的化學添加劑，應用在合成橡膠、潤滑油、粘合劑、油漆涂料、塑料、硅酸鹽制品、藥膏、食品、阻燃劑等產品的制作中。

空心球殼狀微觀結構由于擁有中空的內腔，而具有較小的密度、較大的比表面積，這種獨特的結構特征常常能顯著提高其在催化劑、傳感等領域的應用。而且，這種中空的內腔還能作為化學反應的微反應器應用在催化化學上或是作為攜帶藥物的膠囊應用于藥物緩釋上。因此，制備具有高孔隙率的氧化鋅空心球殼，成為許多科學研究者和工程技術人員的研究目標。

目前制備ZnO空心球殼的方法主要有模板法，分為“軟模板”和“硬模板”兩類。前者通常利用表面活性劑形成的微乳液滴，作為軟模板，使ZnO在其表面生長獲得ZnO空心結構，這種方法得到的空心結構常常產率不高，且重復性不好；硬模板方法一般采用SiO₂微球、高分子微球、碳微球等作為硬質模板，通過表面修飾，或采用靜電組裝使ZnO生長、沉積在其表面上，然后除去模板得到ZnO空心結構，這種途徑工藝過程較復雜，需要“模板制備—沉積生長—模板除去”三個步驟，這大大提高了產品的制備成本，而且在除去模板的過程中，空心結構易破損。

發明內容

針對上述現狀，本發明的目的在于提供一種利用簡單的前驅體誘導途徑高產率制備高空隙的氧化鋅空心球殼結構的方法。

一種水熱-煅燒法制備納米空心球殼氧化鋅的方法，先以葉酸為結構導向劑，將無機鋅鹽與葉酸分別溶解到蒸餾水中，然后轉移到內襯為聚四氟乙烯的高壓反應釜中在水合肼作用下經水熱法制得葉酸-氧化鋅復合微球，最后在空氣中煅燒除去葉酸分子得到納米空心球殼氧化鋅。

本發明所述的水熱法制得葉酸-氧化鋅復合微球包括如下步驟：

步驟A、將無機鋅鹽溶解在適量的蒸餾水中；

步驟B、在上述所得鋅鹽溶液中添加適量葉酸，攪拌均勻，加入少量無水乙醇，得到均相體系；

步驟C、將步驟B所得混合體系超聲分散10?min，再加入一定量N₂H₄·H₂O，然后將所得混合體系轉移到內襯為聚四氟乙烯的高壓反應釜中，于80~150℃恒溫4~12?h，然后冷卻至室溫；

步驟D、用高速離心機對反應所得混合物進行離心處理，將沉淀水洗，再用無水乙醇洗滌，直至清液無色，干燥后收集固體顆粒。

本發明所述的煅燒步驟為使用管式爐在空氣氛圍中400~600?℃煅燒步驟D所得葉酸-氧化鋅復合微球4~6?h，制得納米空心球殼氧化鋅。

本發明所述的無機鋅鹽為氯化鋅、硝酸鋅中的任意一種，所述的無機鋅鹽與葉酸的摩爾比為1：0.2~1。

本發明所述步驟B的無水乙醇與蒸餾水的體積比為1：3~5。

本發明所述的無機鋅鹽與N₂H₄·H₂O的摩爾比為1：200~300，所述的N₂H₄·H₂O為質量分數85%的水溶液。

按照所述方法制備的納米空心球殼氧化鋅，形貌疏松多孔，直徑在1.5~2.5?微米。

有益效果

采用葉酸-鋅復合微球作為前驅體制備氧化鋅空心球殼結構，原因在于：它較易制得，產率高且經濟便宜。在煅燒過程中有機分子葉酸分解除去，氧化鋅成分擴散并形成空心球殼，不需添加模板；制備工藝簡單，流程短，制備成本也較低。

采用水熱法制備葉酸-鋅復合微球，反應條件溫和，容易控制，設備要求簡單，且溶劑為水和乙醇，綠色易得；所得產物易分離，有利于后續應用。

在煅燒過程中，氧化鋅獲得了高度晶化，其結晶性好，有利于改善其性能，空氣中的煅燒過程，無需特殊氣氛控制，簡單易行。

本發明操作工藝簡易可行，重復性好，易于工業化實施。特別是，制備的空心球殼直徑在亞微米-微米量級，具有較大的表面積，且其表面有疏松多孔結構，這有利于物質向球殼內部擴散而利用球殼內表面。因而在催化、傳感等表面相關領域具有很好的應用前景。