[發明專利]一種制備四針狀氧化鋅納米棒的方法

有效

• 申請號: 201310471607.3
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103496735A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 周立亞;楊于民;龐起
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C01G9/03
• 分類號: C01G9/03;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 彭曉玲

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，涉及一種氧化鋅納米棒的制備方法，特別涉及一種制備四針狀氧化鋅納米棒的方法。

背景技術

氧化鋅作為太陽能電池的光陽極材料有可能成為光陽極薄膜材料較有力的競爭者，其主要原因有以下幾方面：(1)ZnO是一種寬禁帶半導體，與TiO₂作對比，它們的物理和化學性質很接近，其導帶能級相差很小；(2)ZnO比TiO₂具有更大的電子遷移率，這樣就能夠縮短電子在ZnO基光陽極薄膜中的傳遞時間，有利于電子的接收；(3)ZnO納米材料的制備工藝簡單，方法多樣，成本低廉；(4)ZnO納米材料的形貌較多，采用低溫化學法能夠制備多種不同形貌的納米ZnO，如ZnO納米棒、納米球、納米環、納米梳、以及納米管陣列等。

目前，如中國專利申請200610125498.X公開了一種氧化鋅微晶體材料及其制備方法，該方法將鋅粉、顆粒炭、輔助劑混合，然后分批添加到反應器皿中，控制溫度為900～1300℃，即得產品，其中鋅粉要加去離子水、雙氧水混合，經過磁力攪拌5h，再靜置48h，傾出上層清液，固形物烘干氧化后制得鋅粉。該方法以高純度鋅粉和顆粒炭為原料在輔助劑的配合下，在高溫中形成了一種新穎的六邊形四管狀氧化鋅微晶，但是，該方法操作步驟繁瑣，所用溫度高，制備時操作難度也隨之增大，而且能量消耗就大，所用的制作成本就高。

北京科技大學張躍等發明專利申請號為200610011195.5的一種低溫無催化劑氣相沉積制備四針狀氧化鋅納米棒的方法，該方法為將硅（100）基片用去離子水和酒精分別沖洗干凈，作為沉積基片；將鋅粉放置于瓷舟中，然后將硅基片倒扣于瓷舟上，把瓷舟放入管式爐中的石英管中，加熱，保溫，取出硅片即得產品。該方法采用低溫氣相沉積法，不需要催化劑，所用工藝溫度較低，易實現，但是，該方法所得納米棒尺寸較大，純度不高。

發明內容

本發明的目的是針對上述方法的不足，提供一種低成本制備直徑13～23nm四針狀氧化鋅納米棒的方法，實現了低成本制備直徑13～23nm左右四針狀氧化鋅納米棒，并確保產品產率高、純度高、尺寸均勻穩定、可控性好，操作簡單，具備規模化生產的前景。

一種制備四針狀氧化鋅納米棒的方法，包含以下步驟：

（1）將裝有鋅箔的小管置于封閉大管中，通入惰性氣體排空大管空氣然后給大管加熱，繼續通入惰性氣體，同時將氧單質通入大管內，其中氧單質在通入前需經過惰性干燥溶液干燥；

（2）加熱至400℃～900℃后停止加熱，并停止通入氧單質，待大管冷卻至200℃以下時停止通入惰性氣體，反應過程中產生的尾氣需經過惰性干燥溶液干燥。

優選的是，所述步驟（1）中通入惰性氣體和氧單質總流量為50～350sccm，其中氧單質體積為總流量的5%～40%。

優選的是，所述步驟（1）小管呈小于或等于45°的傾角放置在大管中。

優選的是，所述冷卻為大于10h的冷卻。

優選的是，所述步驟（1）中鋅箔置于小管中，是把鋅箔裝填于小管一端并留空隙，另一端堵好并留空隙。

優選的是，所述步驟（2）中停止通入氧單質后，保溫1min以上，同時將惰性氣體的流量調至20～150sccm。

優選的是，所述的管為石英管，其中大管管徑為30～100mm，小管管徑為5～20mm，小管放置于大管中后部。

優選的是，所述惰性氣體為氮氣，所述氧單質為氧氣或臭氧中的一種。

優選的是，所述步驟（2）中關閉惰性氣體后繼續冷卻至室溫。

優選的是，所述的惰性干燥溶液為飽和氫氧化鈉。

本發明的有益效果：

本發明制備四針狀氧化鋅納米棒的方法，通過氧單質進氣和尾氣排空前都經過惰性干燥溶液干燥，保證了反應體系的干燥，使體系中加熱產生的鋅蒸氣處于干燥環境，鋅蒸氣更好的與氧單質反應，制得的直徑為13～23nm的四針狀氧化鋅納米棒產品，其四針狀氧化鋅納米棒的尺寸均一，且產品尺寸及形貌穩定，純度高，可控性好，操作簡單，本發明具備規模化生產的前景；進一步的，使用并堵好小管一端并留空隙在確保鋅箔位置不變基礎上鋅蒸氣順暢地被惰性氣體傳輸從而提高產率；而且，裝填好鋅箔的小管設置小于或等于45°傾角強化了鋅蒸氣順暢地被惰性氣體傳輸而提高產率。

附圖說明

圖1為圖例為1μm、直徑13～23nm四針狀氧化鋅納米棒掃描電鏡（SEM）形貌圖；