[發明專利]具有花狀微納結構氧化鋅粉體及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910151609.1
• 申請日: 2019-02-28
• 公開（公告）號: CN109928421A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 史彥濤;李燕茜
• 申請（專利權）人: 江蘇賽清科技有限公司;浙江賽時科技有限責任公司
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;C03C17/25;H01G9/20
• 代理公司: 北京國謙專利代理事務所(普通合伙) 11752
• 代理人: 肖應國

本發明提供一種具有花狀微納結構氧化鋅粉體及其制備方法和應用，將鋅鹽溶液和強堿溶液混合超聲分散，通過控制超聲條件、濃度及沉淀速率得到不同形貌的氧化鋅，并且相同反應條件下制備的ZnO粉體樣品大小、形貌均一，性能穩定且具有優異的可重復性。本發明提供的ZnO特殊微納結構具有大的比表面積、寬闊的孔結構和優異電子傳輸性能，適合用作光催化、脫硫以及太陽能電池中的功能材料，同時適合用作橡膠以及化妝品中的添加劑(或填料)。將本發明中制得的花狀結構用作染料敏化太陽能電池(DSCs)光陽極，電子擴散系數呈現數量級提升，DSCs器件的光電轉換效率得以大幅增加。本發明氧化鋅粉體的制備方法簡單、快捷、成本低。

技術領域

本發明屬于新材料與新能源器件領域，具體地涉及一種具有花狀微納結構氧化鋅粉體及其制備方法和應用。

背景技術

氧化鋅(化學式ZnO)是鋅的氧化物，難溶于水，可溶于酸和強堿。ZnO是一種寬帶隙N型半導體材料，帶隙約3.3eV，激子束縛能約60meV。ZnO具有多種用途，作為添加劑在多種材料和產品有應用，包括塑料、陶瓷、玻璃、水泥、潤滑劑、油漆、軟膏、粘合劑、填隙材料、顏料、食品、電池、鐵氧體材料、阻燃材料和醫用急救繃帶等。例如，ZnO作為活化劑添加在乳膠中可以促進橡膠的硫化、活化和補強，具有防老化作用，能加強硫化過程，提高橡膠制品耐撕裂性、耐磨性。ZnO用作脫硫劑具有低溫活性好、強度高、磨耗低、耐水性好等優點。在光電領域，ZnO的低阻特征使其成為一種重要的電極材料，如用作太陽能電池的電極，液晶元件電極等。高透光率和大的禁帶寬度使其可用作太陽能電池的窗口材料、低損耗光波導器材料等。而它的發光性質及電子輻射穩定性則使其成為一種很好的單色場發射低壓平面顯示器材料、并在紫外光二極管激光器等電發光器件領域有潛在的應用前景。普通氧化鋅也有吸收紫外線的功能、但它卻不能應用于玻璃工業,這是因為它不能透過可見光。而納米氧化鋅粉體在吸收紫外線(吸收率可達95％以上)的同時，卻可透過≥85％的可見光。因此，可以用于汽車玻璃和建筑用玻璃，這種含納米氧化鋅粉體的玻璃在屏蔽紫外線的同時、還可殺菌，從而也是自潔玻璃。

在實際應用過程中，人們發現微納結構對ZnO性質影響巨大，這已被大量的實驗和文獻報道所證實。目前已知的ZnO結構包括零維結構、一維納米結構、二維納米結構和三維多級結構等。零維結構是指尺寸較小的納米粒子，一維納米結構包含納米線，納米管，納米棒等，二維納米結構主要包括納米片、納米盤等。三維多級結構包含初級結構和次級結構，初級結構可以是零維、一維或者二維，次級結構根據初級結構之間的組裝方式而往往不同。例如，三維亞微米ZnO多級結構小球是由眾多的小尺寸ZnO納米顆粒組成。通過將一維的納米線進行組裝，可以獲得海膽狀的三維多級結構。三維多級結構保留了其初級結構的優點，同時也因為尺寸和結構效應產生了更多的優點。例如，由納米粒子(尺寸在20nm左右)進行有序組裝而成的小球(尺寸為亞微米或微米級)保留了小尺寸粒子比表面積大的優點，于此同時，因為這種多級結構本身的尺寸在亞微米或微米，因此還對可見光具有良好的散射效果，是一種理想的染料敏化太陽能電池(簡稱DSCs)的光陽極材料。由納米片組成的三維多級結構(外觀類似花狀結構)除了具有比表面積大、光散射性能良好等優點，還可以進行電子的快速傳輸以及液體的快速滲透。目前，這種花狀結構ZnO已在光催化降解有機物、光解水制氫、氣體傳感器以及DSCs光陽極方面取得了良好的性能。根據文獻報道，這種花狀結構ZnO的制備方法包括水熱法、溶劑熱法、原位生長法、電化學沉積法、水浴沉積法等等。以上方法盡管可以制備出性能良好的花狀結構ZnO，但制備過程復雜、成本高且不易實現大規模制備。

共沉淀法是一種制備ZnO粉體的簡便方法，具有收率高、反應快、易于放大等優點，但共沉淀法在制備過程中由于前驅體擴散不利等因素會產生形貌控制困難等問題，因此制備出的樣品大小、形貌不均一，性能不穩定。

發明內容

針對上述現有技術的問題，本發明提供了一種具有花狀微納結構的ZnO粉體的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、將鋅鹽溶液注入到強堿溶液中；