[發明專利]一種ZnO納米材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710306161.7
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107128964A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 孫杰;房洪杰;趙俊鳳;戴菡;余鑫祥;汪洪波
• 申請（專利權）人: 煙臺南山學院
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;B82Y40/00;C09K11/54
• 代理公司: 煙臺智宇知識產權事務所(特殊普通合伙)37230
• 代理人: 劉帥

技術領域

本發明屬于納米水熱合成技術領域，具體的本發明涉及一種ZnO納米材料及其制備方法。

背景技術

纖鋅礦結構的ZnO是一種n型寬帶隙(室溫下3.7 eV)Ⅱ～Ⅵ族化合物半導體，具有六方纖鋅礦結構，室溫下帶隙寬度3.37eV，激子束縛能高達60meV。一維納米ZnO所展示出的超高的機械強度、高化學穩定性、小尺寸效應、庫倫阻塞、量子隧道效應以及表面效應，相較傳統的ZnO材料，在很多物理和化學性質方面表現出更加優良的特性。因此，一維納米ZnO，在光電導、光波導、壓電、氣敏傳感器、發光器件、透明導電膜、激光器等表面及體聲波器件和聲光器件等方面有廣闊的應用前景。一般來說，一維納米ZnO的光致發光性質取決于材料微結構與表面氧空位與Zn填隙原子引起的缺陷相關的深能級發光。同時由于一維ZnO納米棒的徑向量子限制效應，使得材料具有較高的帶邊態密度。因此該材料可以在室溫條件下，通過低能量激光激發產生紫外發光。目前，基于一維納米ZnO優秀的光致發光特性，人們在紫外光到藍光范圍的激光二極管(LDs)、發光二極管(LEDs)以及紫外光探測器等研究領域開展了大量關于該材料的相關研究工作。

目前，關于一維納米ZnO以及相關復合結構的光致發光增強的研究，其核心主要是對材料結構的調控：一方面，從改變水熱反應條件出發，通過ZnO自身微納結構的改變，提高材料發光效率。另一方面，通過與其他材料的復合，如金屬納米顆粒復合ZnO結構，利用材料復合帶來的新機制提高ZnO材料的光致發光強度。然而，如何更有效的提高ZnO的光致發光譜與發光強度依舊是相關光電器件研究中的熱點問題。

發明內容

本發明的目的是，在傳統水熱方式合成納米ZnO的條件下，通過添加鄰苯二酚這種穩定螯合劑，利用其表現出的模板效應或結構導向作用，以此來找到一種調控納米ZnO形貌和光致發光性能的新途徑。

本發明的技術方案如下：

一種ZnO納米材料，其特征在于，由鋅鹽、堿、鄰苯二酚組成，所述鋅鹽的質量占比為15-20%，所述堿的質量占比為80-90%，所述鄰苯二酚的質量占比為1-5%。

進一步地，所述鋅鹽與堿的重量分配比為1:4-1：5。

進一步地，所述鄰苯二酚的濃度為0.01-5g/L。

進一步地，所述鋅鹽為硝酸鋅、乙酸鋅、硫酸鋅或氯化鋅中的一種。

進一步地，所述堿為氫氧化鈉、氨水、六次甲基四胺中的一種。

一種ZnO納米材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

（1）預制，將鋅鹽和堿分別溶解在去離子水中，將溶解后的去離子水放在磁力攪拌機上各自攪拌均勻；

（2）混合，將所得鋅鹽溶液用膠頭滴管緩慢的滴入到堿溶液中，得到澄清溶液；

（3）攪拌，將步驟（2）中得到的澄清溶液倒入反應釜中并加入鄰苯二酚，并用磁力攪拌機攪拌10-20min;

（4）加熱，對反應釜進行加熱，加熱溫度為180℃，加熱時間為7-9h；

（5）冷卻，將反應釜取出冷卻至室溫；

（6）洗滌干燥，收集反應生成的沉淀并用蒸餾水和酒精洗滌數次，干燥后得到本發明晶體材料。

本發明的有益技術效果：本發明采用鄰苯二酚作為一種螯合劑的引入，會與溶液中的Zn²⁺配位形成螯合物，隨后根據所形成螯合物濃度改變Zn²⁺的釋放速率，采用水熱合成方法，通過使用鄰苯二酚作為螯合劑，對ZnO納米棒的生長影響，提高了ZnO納米棒光致發光性能增強。

附圖說明

圖1為不同成分水溶液稀釋液的紫外-可見吸收光譜。其中，a鄰苯二酚與NaOH混合溶液；b，Zn(NO₃)₂+NaOH+鄰苯二酚混合溶液（反應前）；c，Zn(NO₃)₂+NaOH+鄰苯二酚（反應后）混合溶液；

圖2為加入不同濃度鄰苯二酚加入量的氧化鋅產物的掃描電鏡照片。其中a,c,e,g為氧化鋅產物的掃描電鏡照片，b,d,f,h為相對應的放大照片，其中鄰苯二酚溶液濃度(a),(b)中為 0 g/L；(c)，(d)為 0.25 g/L； (e)，(f) 為1 g/L； (g)，(h) 為2 g/L；圖b內的插圖為加入鄰苯二酚后氧化鋅產物的EDX譜圖；

圖3為不同鄰苯二酚加入量的氧化鋅長徑比統計圖；

圖4為不同鄰苯二酚加入量的氧化鋅產物的 XRD譜圖；