一種花狀氧化鋅納米棒團簇的制備方法與流程

本發(fā)明涉及一種納米氧化鋅的制備方法，具體是一種花狀氧化鋅納米棒團簇的制備方法。

背景技術(shù)：

氧化鋅(ZnO)在室溫時的禁帶寬度為3.37eV，是一種Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶半導(dǎo)體，其激子束縛能高達(dá)60meV，具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、氣敏以及壓電等效應(yīng)。納米氧化鋅是一種新型無機多功能材料，其中一維納米氧化鋅由于其獨特的極性生長、大的長徑比及較大的比表面積使得其具有更加優(yōu)良的性能。目前制備一維氧化鋅的方法主要有氣相沉積法、模板法、水熱法、沉淀法等等。

CN103318943A公開了一種花狀ZnO納米棒團簇的制備方法，該方法使用磁控濺射技術(shù)在Al₂O₃陶瓷片上濺射一層純ZnO薄膜，將濺射有ZnO薄膜的Al₂O₃陶瓷片放在所配置的生長花狀ZnO納米棒團簇溶液中，在烘箱中分兩步進(jìn)行化學(xué)溶解，獲得花狀ZnO納米棒簇。此合成方法過程復(fù)雜，設(shè)備要求高，成本大，技術(shù)難度系數(shù)大，而且化學(xué)溶解的反應(yīng)過程難以控制。

CN105463564A公開了一種氧化鋅納米棒及其團簇復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，該技術(shù)先采用旋涂鍍膜法在銅片表面旋涂1-20pm厚光刻膠等或是利用0.1-1.0wt.％的氟硅烷乙醇溶液浸泡修飾，形成疏水性表面，然后再利用預(yù)制晶種層濕化學(xué)方法生長ZnO納米棒及其團簇結(jié)構(gòu)。這種制備的團簇狀氧化鋅納米復(fù)合結(jié)構(gòu)具有特殊的光學(xué)、電學(xué)和潤濕等特性，但是該方法操作步驟較多，技術(shù)難度大。

CN105540640A公開了一種由納米棒自組裝而成的花狀納米氧化鋅的制備方法，該方法將松香的醇溶液加入到氫氧化鈉溶液中，混合均勻，再在冰水浴和攪拌的條件下緩慢滴加乙酸鋅溶液；然后室溫下陳化，再進(jìn)行水熱反應(yīng)，自然冷卻結(jié)晶，抽濾，洗滌沉淀，烘干后鍛燒，即得到花狀納米氧化鋅。此方法工藝流程繁瑣，冰水浴的實驗條件苛刻，水熱反應(yīng)器的危險系數(shù)大，煅燒溫度高，煅燒時間長，并且使用有機添加劑，影響產(chǎn)物純度。

CN104310458A公開了一種氧化鋅納米棒的制備方法，其特征是以硫酸鋅為原料，碳酸氫按為沉淀劑，水為溶劑，通過直接沉淀法獲得Zn₅(CO₃)₂(OH)₆前驅(qū)物沉淀，Zn₅(CO₃)₂(OH)₆沉淀經(jīng)離心分離后加入油酸、油胺和1-十八烯的混合溶劑中，在真空條件下加熱至120℃、保溫30min，再向反應(yīng)體系中充入氮氣保護，攪拌加熱反應(yīng)混合物至280℃、保溫45min，然后自然冷卻至室溫。該合成方法用到油酸、油胺和1-十八烯混合有機溶劑，反應(yīng)體系后處理麻煩，對環(huán)境有不利影響，并且真空狀態(tài)和氬氣保護的實驗條件苛刻，成本高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種花狀氧化鋅納米棒團簇的制備方法，該方法工藝流程簡單，操作方便，反應(yīng)過程中無添加劑、模板，并保證了產(chǎn)品純度，而且反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時間短，成本和能耗低，可以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種制備花狀氧化鋅納米棒團簇的方法，包括以下步驟：

1)將沉淀劑加入到鋅鹽溶液中，攪拌0.5-1h；其中，鋅鹽溶液的摩爾濃度為0.06-0.1mol/L，沉淀劑與鋅鹽的摩爾比為1:10；

2)將步驟1)攪拌后的溶液加熱至90-100℃，攪拌4-6h后，降溫至室溫、洗滌、干燥，得到花狀氧化鋅納米棒團簇。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述鋅鹽溶液是通過將六水合硝酸鋅溶于水中制得。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述沉淀劑為氫氧化鈉。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述步驟1)中攪拌是在室溫下進(jìn)行的。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，降溫是自然降至室溫。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，洗滌采用蒸餾水清洗至pH值為7，再用無水乙醇清洗3次。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，干燥在恒溫干燥箱中進(jìn)行。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，干燥的溫度為60-80℃，時間為10-12h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的具有的有益效果：

本發(fā)明以鋅鹽和沉淀劑為原料，采用直接沉淀法在90-100℃下反應(yīng)4-6h，合成了形貌可控的花狀氧化鋅納米棒團簇。氧化鋅納米棒表面光滑，粗細(xì)均勻，長徑比為1:10左右，可廣泛應(yīng)用于催化、生物醫(yī)藥、傳感器、電磁吸收、光致發(fā)光、氣敏及壓敏電阻等領(lǐng)域。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有方法簡便，成本低的優(yōu)點，僅僅通過沉淀法即可制得花狀氧化鋅納米棒團簇，工藝流程簡單，操作方便，反應(yīng)過程中無添加劑、模板，并保證了產(chǎn)品純度，而且反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時間短，成本和能耗低，環(huán)境友好，可以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

進(jìn)一步，沉淀劑為氫氧化鈉，是因為氫氧化鈉具有較強的堿性，可以作為堿源。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中氧化鋅的XRD圖；

圖2為本發(fā)明實施例1中不同放大倍數(shù)下氧化鋅的SEM圖。其中，圖2(a)放大倍數(shù)為7000，圖2(b)方法倍數(shù)為13000。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實施例1

稱取1.7850g六水合硝酸鋅溶解于100mL蒸餾水中，得到鋅鹽溶液，向鋅鹽溶液中加入2.400g氫氧化鈉，室溫下攪拌0.5h，然后加熱至95℃，反應(yīng)5h。反應(yīng)結(jié)束待自然降至室溫，產(chǎn)物用蒸餾水清洗至pH值為7，再用無水乙醇清洗3次，60℃的恒溫干燥箱中干燥10h，即可得到白色氧化鋅粉體，即為花狀氧化鋅納米棒團簇。

參見圖1，從圖1可以看出制備的納米氧化鋅為纖鋅礦型，且純度高，無雜質(zhì)峰。

參見圖2，從圖2(a)可以看出制備出的氧化鋅納米棒自組裝成了一種花狀團簇，從圖2(b)可以看出氧化鋅納米棒表面光滑，粗細(xì)均勻，長徑比為1:10左右。

實施例2

稱取2.082g六水合硝酸鋅溶解于100mL蒸餾水中，得到鋅鹽溶液，向鋅鹽溶液中加入2.799g氫氧化鈉，室溫下混合攪拌0.8h，然后加熱至90℃，反應(yīng)6h。反應(yīng)結(jié)束待自然降至室溫，產(chǎn)物用蒸餾水清洗至pH值為7，再用無水乙醇清洗3次，70℃的恒溫干燥箱中干燥11h，即可得到白色氧化鋅粉體，即為花狀氧化鋅納米棒團簇。

實施例3

稱取2.380g六水合硝酸鋅溶解于100mL蒸餾水中，得到鋅鹽溶液，向鋅鹽溶液中加入3.199g氫氧化鈉，室溫下混合攪拌1h，然后加熱至95℃，反應(yīng)6h。反應(yīng)結(jié)束待自然降至室溫，產(chǎn)物用蒸餾水清洗至pH值為7，再用無水乙醇清洗3次，70℃的恒溫干燥箱中干燥12h，即可得到白色氧化鋅粉體，即為花狀氧化鋅納米棒團簇。

實施例4

稱取2.677g六水合硝酸鋅溶解于100mL蒸餾水中，得到鋅鹽溶液，向鋅鹽溶液中加入3.599g氫氧化鈉，室溫下混合攪拌0.5h，然后加熱至100℃，反應(yīng)5h。反應(yīng)結(jié)束待自然降至室溫，產(chǎn)物用蒸餾水清洗至pH值為7，再用無水乙醇清洗3次，80℃的恒溫干燥箱中干燥10h，即可得到白色氧化鋅粉體，即為花狀氧化鋅納米棒團簇。

實施例5

稱取2.9749g六水合硝酸鋅溶解于100mL蒸餾水中，得到鋅鹽溶液，向鋅鹽溶液中加入3.999g氫氧化鈉，室溫下混合攪拌0.8h，然后加熱至100℃，反應(yīng)4h。反應(yīng)結(jié)束待自然降至室溫，產(chǎn)物用蒸餾水清洗至pH值為7，再用無水乙醇清洗3次，80℃的恒溫干燥箱中干燥12h，即可得到白色氧化鋅粉體，即為花狀氧化鋅納米棒團簇。

實施例6

1)將六水合硝酸鋅溶于水中制得鋅鹽溶液，將氫氧化鈉加入到鋅鹽溶液中，室溫下攪拌0.5h，得到水溶性鋅鹽溶液；其中，鋅鹽溶液的摩爾濃度為0.06mol/L，氫氧化鈉與六水合硝酸鋅的摩爾比為1:10；

2)將步驟1)所得溶液加熱至100℃，攪拌4h后，自然降溫至室溫，采用蒸餾水清洗至pH值為7，再用無水乙醇清洗3次，于恒溫干燥箱中，在60℃干燥12h，得到花狀氧化鋅納米棒團簇。

實施例7

1)將六水合硝酸鋅溶于水中制得鋅鹽溶液，將氫氧化鈉加入到鋅鹽溶液中，室溫下攪拌1h，得到水溶性鋅鹽溶液；其中，鋅鹽溶液的摩爾濃度為0.1mol/L，氫氧化鈉與六水合硝酸鋅的摩爾比為1:10；

2)將步驟1)所得溶液加熱至90℃，攪拌6h后，自然降溫至室溫，采用蒸餾水清洗至pH值為7，再用無水乙醇清洗3次，于恒溫干燥箱中，在80℃干燥10h，得到花狀氧化鋅納米棒團簇。