[發明專利]單分散ZnO微納米材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610017745.8
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105645458B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 童國秀;崔婷婷;李亞娜;錢瑤;邵雅麗;吳文華;喬儒;宮培軍
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;B82Y30/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及ZnO納米材料技術領域，具體涉及一種制備單分散的ZnO微納米材料的簡易方法。

背景技術

ZnO是一種重要多功能的半導體材料，由于具有獨特的光、電性能而被廣泛地用在光催化、壓電效應、光電子學、光電轉換與氣敏等領域。ZnO納米材料的性能與其形貌、尺寸和結晶性密切相關，因此，通過調節納米結構的形貌、微觀尺寸等，可實現對材料性能的調控，對進一步開拓材料的應用領域具有重要的意義。其中，片、碗、環狀納米結構因其特殊的幾何形狀而具有獨特的物理化學特性，在光、電、磁、催化、存儲和微波吸收等領域具有潛在應用價值。目前人們采用熱沉積法、水熱法、激光沉積、電化學沉積法、濕化學法等方法合成了不同形貌的ZnO納米材料(螺旋、線、棒、管、片、花、碗、環)。如專利(CN 105002555A)公開了一種脈沖激光沉積輔助范德瓦爾斯外延法制備ZnO單晶納米片；專利(CN102951672A)公開了一種用甲醇、乙醇或正丁醇于與水為溶劑水熱法制備ZnO納米棒；專利(CN 102121130A)公開了一種電化學沉積-液相化學生長兩步法制備ZnO納米片/納米線復合材料；專利(CN 103073194B)公開了一種水熱法制備ZnO納米柱和ZnO納米片層復合結構材料。而納米碗和納米環、特別是納米印章尚鮮見報道，僅僅文獻【Applied Physics Letters,2005,86,043106】、【Materialstoday,2004:24-33】和【Journal of Alloys and Compounds,2009,486,L13-L16】公開了一種熱沉積法制備ZnO納米環和納米碗。其中，熱沉積法、水熱法、激光沉積、電化學沉積法等方法由于需要高溫、高壓、特殊的基體或特殊的設備，且產量低，能耗大、成本高，而限制了其廣泛使用。濕化學或溶液的方法因其反應溫度低、設備簡單、成本低、可規?；a等優點，而倍受科研工作者的青睞。因此，急需開發相對工藝簡單、成本低、通用、綠色、環保、易于工業化的制備納米碗和納米環、納米印章的新方法。

在本發明中，我們采用一種低溫、一步混合溶劑液相沉淀和刻蝕工藝，通過改變加熱方式、溫度、冷卻時間、混合溶劑的比例和濃度來調控ZnO微納米材料的形貌和尺寸。本發明中的ZnO微納米材料具有單分散性和均一性好，形貌和尺寸可調等特性，這些材料在光催化、壓電效應、光電子學、光電轉換與氣敏等領域具有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明旨在提供一種單分散性和均一性好，具有較強的光催化性能，以及尺寸和形貌可調等特性的ZnO微納米材料(片、碗、環、印章)；還提供工藝簡單、條件溫和、環保、節能的制備單分散片、碗、環和印章的化學液相法；所提供的單分散ZnO微納米材料具有廣闊的應用前景。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的單分散ZnO微納米材料為單晶結構，形貌為六邊形片、碗、印章或環，其中片、碗和印章的直徑為0.73～1.55μm，厚為0.37～1.09μm；環的內徑48～531nm，外徑111～648nm，高53～610nm，組分為六角纖鋅礦結構。

所述的單分散ZnO微納米材料，其采用混合溶劑液相沉淀和刻蝕法制成，即：以醋酸鋅為鋅源、二甲基亞砜為堿和刻蝕劑、水和二甲基亞砜做混合溶劑，通過液相沉淀得到ZnO片，隨后利用二甲基亞砜在ZnO六邊形片即0001面的優先吸附和刻蝕反應來制備ZnO六邊形碗、環或印章。

本發明提供的上述的單分散ZnO微納米材料，其在光催化、壓電效應、光電子學、光電轉換或氣敏領域中的應用。

本發明提供的單分散ZnO微納米材料的制備方法有下述三種：

(1)采用烘箱加熱的液相沉淀和刻蝕方法，具體是：按化學計量比先將鋅鹽、表面活性劑、水三種原料添加到燒杯中攪拌15～30分鐘；再將二甲基亞砜加入到混合液中攪拌30分鐘；然后將燒杯密封并放到烘箱中在60～90℃反應1～3小時，在室溫下冷卻0～5小時，最后用水和乙醇離心洗滌，經干燥得到所述單分散ZnO微納米材料(六邊形片、碗、印章或環)。

(2)采用油浴加熱的液相沉淀和刻蝕方法，具體是：先將鋅鹽、表面活性劑、水按一定的化學計量比添加到燒杯中攪拌15～30分鐘；再將二甲基亞砜加入到混合液中攪拌30分鐘；然后將燒杯密封并放到油浴鍋中在60～70℃反應1～1.5小時，在室溫下冷卻3～5小時，最后用水和乙醇離心洗滌，經干燥得到所述單分散ZnO納米環。