[發明專利]一種氧化鋅/二氧化鈦復合納米材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610240700.7
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105731535B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 洪昆權;王文達;李同樂
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;C01G9/02;B82Y30/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 李倩

技術領域

本發明涉及一種氧化鋅/二氧化鈦復合納米材料的制備方法，屬于復合納米材料制備領域。

背景技術

在眾多的半導體氧化物中，氧化鋅(ZnO)是一種重要的直接帶隙半導體，具有較寬的帶隙(3.37eV)和較高的激子束縛能(60meV)，在室溫下即可觀測到很強的激子發光。特別是氧化鋅無毒性，環境穩定和兼容性好，價格低廉，而且氧化鋅納米結構容易制備。氧化鋅這些優異的性能，使其納米材料已經廣泛應用于眾多領域，如光催化材料、光伏材料、傳感器、壓電材料、紫外光檢測、發光二極管以及納米激光器等。

二氧化鈦(TiO₂)與氧化鋅的帶隙相同，同樣具有很好的環境和生物兼容性。許多報道也證實由于二氧化鈦和氧化鋅的耦合和協調作用，可以提高光生電子和光生空穴的復合幾率。因此氧化鋅/二氧化鈦復合納米結構不僅能提高材料的性能，而且具有環境和生物兼容性好的優點，在光伏材料、光催化材料、自清潔材料等具有廣闊的應用前景。

相比于氧化鋅納米顆粒，一維氧化鋅納米材料結晶性更好，電子在一維氧化鋅中具有更高的擴散速度和擴散長度，從而大幅度減小光生電子和光生空穴的復合，另外一維納米材料間的空隙更加均勻和規則，有助于氣體和液體在這些空隙中的輸運。從而進一步提高其在太陽能電池、光催化應用上的性能。

目前，制備具有一維納米結構的氧化鋅/二氧化鈦的方法主要集中在納米線陣列，利用液相法在生長好的氧化鋅納米線表面包覆一層二氧化鈦納米顆粒。這些方法步驟繁瑣、成本高、產量低。而在溶液中直接合成氧化鋅和二氧化鈦復合納米材料的報道還很少，其中較為代表性是發明專利CN 103803663A公布了一種氧化鋅/二氧化鈦復合納米材料的制備，采用高壓水熱法制備得到了顆粒狀混合物。雖然該方法產量和其他方法相比有較大提高，但采用的高壓環境(120～180個大氣壓)對設備要求高，反應時間也長達4～10個小時。因此一種常壓下在溶液中直接合成大批量的一維氧化鋅納米線和二氧化鈦顆粒復合納米材料的開發很有必要。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供氧化鋅/二氧化鈦復合納米材料的制備方法，該方法能夠在常壓下，在溶液中直接大批量合成具有一維納米結構的氧化鋅/二氧化鈦復合納米材料，且產率高，制備成本低。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種氧化鋅/二氧化鈦復合納米材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，取一定量的二氧化鈦粉末分散于水中，再往溶液中加入所需量的可溶性鋅鹽和六次甲基四胺，攪拌得到分散溶液；

步驟2，邊攪拌邊加熱步驟1的分散溶液，使其在溫度60～95℃下反應10～80min；

步驟3，將步驟2反應后的沉淀物經過過濾、清洗并干燥處理即可得到氧化鋅/二氧化鈦復合納米材料。

其中，步驟1中，所述二氧化鈦粉末的粒徑為5～50nm，若二氧化鈦的粒徑大于50納米，會降低產物的分散性效果。

其中，步驟1中，所述可溶性鋅鹽為硝酸鋅、醋酸鋅、硫酸鋅或氯化鋅中的一種或任意幾種的組合。

其中，步驟1中，所述六次甲基四胺還可以用乙醇胺或尿素替代，若氨源選用強堿，如氨水或氫氧化鈉時，產物為納米顆粒的混合，無法得到一維納米結構的產物。

其中，步驟1中，所述分散溶液中，鋅離子的濃度為0.01～0.5mol/L，等效氮元素濃度為鋅離子濃度的2～8倍。

其中，所述氧化鋅/二氧化鈦復合納米材料中，二氧化鈦的質量百分比含量為3～20％。

本發明制備方法的原理：一維納米結構的生長過程通常包含成核和生長兩個階段，首先由反應生成物過飽和形成籽晶(成核)，隨后這些籽晶沿一個方向生長速度遠高于其他方向形成一維納米結構(各向異性生長)。成核需要較高的過飽和度和較激烈的反應環境，但各個方向生長速度差異較小，通常得到大量的納米顆粒；而一維納米結構的生長需要較溫和的反應環境，溫和的反應環境有利于獲得一維納米結構，但由于成核困難，一維納米結構數量較少，產率較低。上述這兩個階段所要求的反應環境相沖突而且具有較大的差別。本發明中，采用加熱時能在水中緩慢釋放出氨基的原料與可溶性鋅鹽進行反應生成氧化鋅，反應條件較為溫和，有利于生成一維氧化鋅納米結構；同時加入的二氧化鈦納米顆粒和氧化鋅親和力較高，可以作為氧化鋅生長的成核中心，解決了一維氧化鋅納米結構所需要的成核問題，可以顯著提高生成納米棒的數量，獲得大量以二氧化鈦為成核點或起點的多分枝一維納米結構，因而減小納米棒的尺寸到100納米以內，從而有利于增大產品的比表面積。