[發(fā)明專利]一種分級結(jié)構(gòu)堿式醋酸鋅薄膜的制備方法

有效

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• 申請日: 2020-01-12
• 公開（公告）號: CN111153602B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 董如林;亓智信;金長春;陳智棟
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學
• 主分類號: C03C17/42
• 分類號: C03C17/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種分級結(jié)構(gòu)堿式醋酸鋅薄膜的制備方法，屬于無機功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法利用納米氧化鋅薄膜為基底，醋酸鋅水溶液為生長液，通過氧化鋅和醋酸鋅溶液的反應，提高了固?液界面處溶質(zhì)的濃度，堿式醋酸鋅在基底表面異相成核并生長為連續(xù)分布的直徑為5μm的花狀微球，微球由厚度為25nm的堿式醋酸鋅納米片構(gòu)成。該合成工藝的特點是在堿式醋酸鋅沉積過程中，不使用有機溶劑，反應時間較短，生長液及時補充溶質(zhì)后可以持續(xù)重復使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種分級結(jié)構(gòu)堿式醋酸鋅薄膜的制備方法，屬于無機功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

半導體功能材料ZnO在氣體傳感器、光催化劑以及光電極材料等方面得到了廣泛的研究，其潛在性能的發(fā)揮與其形貌微結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。研究表明，由納米尺度單元組裝形成的微米尺度分級結(jié)構(gòu)具有高的比表面積，可以有效提高微球或薄膜功能材料的活性或特殊的表面潤濕性能。堿式醋酸鋅（Zn₅(OH)₈(CH₃COO)₂ · 2H₂O）具有層狀結(jié)構(gòu)，其中鋅離子位于水鎂石氫氧化物層的八面體位置，層間含有用以平衡電荷的醋酸根陰離子和作為結(jié)晶水的水分子，它不僅在插層、陰離子交換、催化、二維限制的反應空間以及剝離納米片等方面有著廣泛的應用，而且作為重要工業(yè)材料ZnO的前驅(qū)體，通過簡單的熱處理過程就可以轉(zhuǎn)化為高比表面積片狀納米晶ZnO而維持原來的形貌不變。所以合成分級結(jié)構(gòu)的堿式醋酸鋅薄膜不管是拓展堿式醋酸鋅本身的應用，還是在提高其衍生ZnO的性能方面都有著重要的意義。

通過對二水合醋酸鋅的甲醇溶液進行溶劑熱處理28-72h，可以在玻璃表面異相成核并生長形成堿式醋酸鋅納米片薄膜（Journal of Colloid and Interface Science2004，272，391–398）；采用不相容的二甲苯-水體系可以將二甲苯中的長鏈羧酸插層到氫氧化鋅層中，形成不同插層堿式鋅鹽薄膜（Inorg. Chem. 2011, 50, 3605–3612），這些合成工藝中都要使用有機溶劑，有機溶劑需要分離提純回收使用，而且薄膜的沉積時間很長。以醋酸鋅為初始原料、無機或有機堿為沉淀劑的水性反應體系室溫條件下即可以形成層狀的堿式醋酸鋅或堿式醋酸鋅與氧化鋅的混合物，但是很難形成分級結(jié)構(gòu)，提高反應溫度，則堿式醋酸鋅轉(zhuǎn)化為ZnO納米棒，所以對于在水性體系中合成分級結(jié)構(gòu)堿式醋酸鋅薄膜的研究則鮮有報道。本發(fā)明提供了一種在水性體系中制備分級結(jié)構(gòu)堿式醋酸鋅薄膜的方法。該制備方法的特點是利用氧化鋅基底薄膜與醋酸鋅水溶液接觸反應，在60℃的條件下就能異相成核并生長形成分級結(jié)構(gòu)堿式醋酸鋅薄膜，該工藝不使用有機溶劑，反應時間較短，屬于一種環(huán)境友好的軟化學合成路線。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種在水性體系中制備分級結(jié)構(gòu)堿式醋酸鋅薄膜的方法。所合成的分級結(jié)構(gòu)堿式醋酸鋅薄膜由直徑為5μm的花狀微球組成，每個微球由方向垂直于球面、厚度為25nm的堿式醋酸鋅納米片自組裝而形成。本發(fā)明實現(xiàn)這一目標的技術(shù)方案是：采用納米ZnO薄膜為基底，以醋酸鋅溶液為反應液，利用納米ZnO和醋酸鋅的反應，增大固-液界面附近的離子溶度，從而達到在基底表面堿式醋酸鋅異相成核并生長形成分級結(jié)構(gòu)堿式醋酸鋅薄膜的目的。該制備方法的優(yōu)點是不使用有機溶劑，反應時間較短，屬于一種環(huán)境友好的軟化學合成路線。

一種分級結(jié)構(gòu)堿式醋酸鋅薄膜的制備方法包括以下步驟：

（1）在20mL去離子水中溶解1.1g二水合醋酸鋅(化學式Zn(CH₃COO)₂·2H₂O)，另配置10mL，0.75M的沉淀劑水溶液，在攪拌的情況下，將醋酸鋅溶液緩慢滴加入沉淀劑溶液中，接著繼續(xù)攪拌30min, 將反應得到的堿式醋酸鋅經(jīng)去離子水洗滌并分散至體積為30mL，得到堿式醋酸鋅的白色懸濁液；

（2）用移液槍移取0.05mL懸濁液采用刮膠法在玻璃上（2.5cm²區(qū)域內(nèi)）涂膜，接著在60℃條件下干燥30min，得到堿式醋酸鋅薄膜，然后將堿式醋酸鋅薄膜于400℃煅燒1h，轉(zhuǎn)化為納米ZnO基底薄膜；