專利名稱：一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋅的制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅材料在催化、光電、氣敏、磁性以及鋰電池等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。具有特 定尺寸、形貌、維度和單分散性的氧化鋅納米材料因其獨(dú)特的性能可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)材料的 組裝，構(gòu)建功能結(jié)構(gòu)體系。其中，紡錘狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅，因其新穎的形貌和優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì) 可應(yīng)用于激光器、傳感器和光探測器等領(lǐng)域。在制備紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的方法中，現(xiàn)有的溶 劑熱法由于使用有機(jī)溶劑或加入有機(jī)醇鹽，如乙醇或鋅醇鹽(a -硫辛酸合鋅)，導(dǎo)致合成的 紡錘狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅中含有雜質(zhì)離子，不易提純，抑制氧化鋅的本征發(fā)光；現(xiàn)有的水熱法在 反應(yīng)過程中加入表面活性劑，如六次甲基四氨(HMT)、環(huán)已烷二胺四醋酸(CDTA)，合成的氧 化鋅產(chǎn)品中，除了紡錘狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅之外，還有多晶晶體，紡錘狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅產(chǎn)量低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的溶劑熱法合成的紡錘狀氧化鋅中有不易分離的雜質(zhì)離 子以及水熱法合成的氧化鋅產(chǎn)品中紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅產(chǎn)量低的問題，而提供一種紡錘狀結(jié) 構(gòu)氧化鋅的制備方法。 本發(fā)明的一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、配制濃度為 0. 01mol/L 0. lmol/L的硝酸鋅水溶液；二、在攪拌條件下，把濃度為4. 5mol/L 5. 5mo1/ L的氫氧化鈉水溶液逐滴加入到經(jīng)步驟一制備的硝酸鋅水溶液中，直到溶液的pH值為9 ll，得到混合溶液；三、在攪拌條件下，將經(jīng)步驟二得到的混合溶液升溫至73°C 7『C并保 持10h 24h，得到混合物；四、將經(jīng)步驟三得到的混合物依次用去離子水和乙醇洗滌，然后 在60°C 9(TC的條件下干燥10h 24h，得到白色粉末；五、將經(jīng)步驟四得到的白色粉末放 在500°C 70(TC的燒結(jié)爐中熱處理1. 5h 3h，即得到紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅。
本發(fā)明的一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法是一種綠色化學(xué)制備方法，反應(yīng)過 程中不使用有機(jī)溶劑或表面活性劑，產(chǎn)物為六方纖鋅礦單晶氧化鋅，沒有雜質(zhì)，而且制備 出的氧化鋅全部為紡錘狀，紡錘狀結(jié)構(gòu)的直徑從中間到兩端逐漸減小，紡錘中部的直徑為 220nm 300nm，紡錘兩端的直徑為10nm 30nm，紡錘長度為600nm 1000nm，制備出的 紡錘狀氧化鋅形狀規(guī)則，尺寸均一，生長方向一致，紡錘狀氧化鋅的生長方向是沿著(0001) 方向，也就是氧化鋅最快的生長方向。本發(fā)明采用的原料為硝酸鋅和氫氧化鈉等常用原料，而且不使其它的添加劑，成本低；反應(yīng)物在73°C 78t:反應(yīng)，然后再經(jīng)燒結(jié)處理就得到了目標(biāo)產(chǎn)物紡錘狀氧化鋅，反應(yīng)條件溫和，操作安全，制備方法簡單，可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，并且可以通過調(diào)整反應(yīng)時(shí)間和溫度對紡錘狀氧化鋅的尺寸進(jìn)行控制，制備的紡錘狀納米氧化鋅可應(yīng)用在激光器、傳感器和光探測器領(lǐng)域。


圖1是具體實(shí)施方式
十三制備的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的XRD圖；圖2是具體實(shí)施方式
十三制備的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的掃描電鏡照片；具體實(shí)施方式
十三制備的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的低倍透射電鏡照片；圖4是具體實(shí)施方式
十三制備的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的高分辨透射電鏡照片；圖5是具體實(shí)施方式
十三制備的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的拉曼光譜；圖6是具體實(shí)施方式
十三制備的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的室溫光致發(fā)光圖譜。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一 本實(shí)施方式的一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、配制濃度為0. 01mol/L 0. lmol/L的硝酸鋅水溶液；二、在攪拌條件下，把濃度為4. 5mol/L 5. 5mol/L的氫氧化鈉水溶液逐滴加入到經(jīng)步驟一制備的硝酸鋅水溶液中，直到溶液的pH值為9 ll，得到混合溶液；三、在攪拌條件下，將經(jīng)步驟二得到的混合溶液升溫至73°C 7『C并保持10h 24h，得到混合物；四、將經(jīng)步驟三得到的混合物依次用去離子水和乙醇洗滌，然后在60°C 9(TC的條件下干燥10h 24h，得到白色粉末；五、將經(jīng)步驟四得到的白色粉末放在500°C 70(TC的燒結(jié)爐中熱處理1. 5h 3h，即得到紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅。 本實(shí)施方式的一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法是一種綠色化學(xué)制備方法，反應(yīng)過程中不使用有機(jī)溶劑或表面活性劑，產(chǎn)物為六方纖鋅礦單晶氧化鋅，沒有雜質(zhì)，而且制備出的氧化鋅全部為紡錘狀，紡錘狀結(jié)構(gòu)的直徑從中間到兩端逐漸減小，紡錘中部的直徑為220nm 300nm，紡錘兩端的直徑為10nm 30nm，紡錘長度為600nm 1000nm，制備出的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅形狀規(guī)則，尺寸均一，生長方向一致，紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的生長方向是沿著(0001)方向，也就是氧化鋅最快的生長方向。本發(fā)明采用的原料為硝酸鋅和氫氧化鈉等常用藥品，而且不使其它的添加劑，成本低；反應(yīng)物在73°C 7『C反應(yīng)，然后再經(jīng)燒結(jié)處理就得到了目標(biāo)產(chǎn)物紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅，反應(yīng)條件溫和，操作安全，制備方法簡單，可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，并且可以通過調(diào)整反應(yīng)時(shí)間和溫度對紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的尺寸進(jìn)行控制，制備的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅可應(yīng)用在激光器、傳感器和光探測器領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中硝酸鋅水溶液的濃度為0. 02mol/L 0. 09mol/L。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是步驟一中硝酸鋅水溶液的濃度為0. 05mol/L。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三不同的是步驟二中氫氧化
鈉水溶液的濃度為4. 8mol/L 5. 3mol/L。其它與具體實(shí)施方式
一至三相同。 具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四不同的是步驟二中氫氧化
鈉水溶液的濃度為5.0mol/L。其它與具體實(shí)施方式
一至四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五不同的是步驟二中溶液的 pH值為9. 5 10. 5。其它與具體實(shí)施方式
一至五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六不同的是步驟二中溶液的 pH值為10。其它與具體實(shí)施方式
一至六相同。 具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至七不同的是步驟三中將混合 溶液升溫至74°C 77t:并保持12h 20h。其它與具體實(shí)施方式
一至七相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至八不同的是步驟三中將混合 溶液升溫至75t:并保持18h。其它與具體實(shí)施方式
一至八相同。 具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至九不同的是步驟四中在 65°C 85t:的條件下干燥12h 20h。其它與具體實(shí)施方式
一至九相同。
具體實(shí)施方式
i^一 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至九不同的是步驟四中在 75t:的條件下干燥18h。其它與具體實(shí)施方式
一至九相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至i^一不同的是步驟五中將 白色粉末放在550°C 65(TC的燒結(jié)爐中熱處理1. 8h 2. 8h。其它與具體實(shí)施方式
一至 十一相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至i^一不同的是步驟五中將 白色粉末放在60(TC的燒結(jié)爐中熱處理2.2h。其它與具體實(shí)施方式
一至十一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式的一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法按以下步驟 進(jìn)行一、配制濃度為0. 08mol/L的硝酸鋅的水溶液；二、在攪拌條件下，把濃度為5. 0mol/L 的氫氧化鈉水溶液逐滴加入到經(jīng)步驟一制備的硝酸鋅的水溶液中，直到溶液的PH值為10， 得到混合溶液；三、在攪拌條件下，將經(jīng)步驟二得到的混合溶液升溫至75t:并保持llh，得 到混合物；四、將經(jīng)步驟三得到的混合物依次用去離子水和乙醇洗滌，然后在6(TC的條件 下干燥12h，得到白色粉末；五、將經(jīng)步驟四得到的白色粉末放在60(TC的燒結(jié)爐中熱處理 2h，即得到紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅。 本實(shí)施方式制備的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的XRD圖如圖1所示，從圖1可以看出制備 的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的特征衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)譜(JCPDSNo. 36-1451)的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)氧化鋅 一致，沒有其它的衍射峰，說明合成的產(chǎn)物具有很高的純度；本實(shí)施方式制備的紡錘狀結(jié)構(gòu) 氧化鋅的掃描電鏡照片如圖2所示，從圖2中可以看出，合成的產(chǎn)物均為紡錘狀，沒有其它 形狀的氧化鋅出現(xiàn)，尺寸均一，生長方向一致。平均直徑為200納米，長度約1微米；本實(shí) 施方式制備的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的低倍透射電鏡照片如圖3所示，高分辨透射電鏡照片如 圖4所示，從圖3可以看出紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的直徑從中間到兩端逐漸減小，從300nm逐漸 縮小到30nm。電子衍射圖顯示紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的生長方向是沿著(0001)方向，也就是 氧化鋅最快的生長方向。由電子衍射圖也可看出合成的是紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅是六方纖鋅礦 單晶結(jié)構(gòu)；從圖4可以看出晶格間距為0. 26nm，與選區(qū)電子衍射結(jié)果一致；本實(shí)施方式制備 的紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的拉曼光譜如圖5所示，從圖5可以看出，有四個(gè)主要的拉曼發(fā)射峰，
5分別位于202cm—、 333cm—、 440cm—1和585cm—1處，最強(qiáng)發(fā)射峰位于440cm—1處。根據(jù)聲子模 式選擇規(guī)律，可歸因于氧空位相關(guān)的非極性聲子振動模式；本實(shí)施方式制備的紡錘狀結(jié)構(gòu) 氧化鋅的室溫光致發(fā)光圖譜如圖6所示，從圖6可看出，有兩個(gè)發(fā)光峰分別位于約423nm和 484nm處，說明合成的紡錘狀結(jié)構(gòu)具有高的缺陷和氧空位，合成的產(chǎn)物在423nm處的強(qiáng)的藍(lán) 色發(fā)射峰，意味著在光電子學(xué)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。 本實(shí)施方式采用的原料為常用藥品硝酸鋅和氫氧化鈉，而且不使用其它的添加 劑，成本低；反應(yīng)物在75t:反應(yīng)，然后再經(jīng)燒結(jié)處理就得到了目標(biāo)產(chǎn)物紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅， 反應(yīng)條件溫和，操作安全，制備方法簡單，可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，并且可以通過調(diào)整反應(yīng)時(shí) 間和溫度對紡錘狀氧化鋅的尺寸進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法，其特征在于一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、配制濃度為0.01mol/L～0.1mol/L的硝酸鋅水溶液；二、在攪拌條件下，把濃度為4.5mol/L～5.5mol/L的氫氧化鈉水溶液逐滴加入到經(jīng)步驟一制備的硝酸鋅水溶液中，直到溶液的pH值為9～11，得到混合溶液；三、在攪拌條件下，將經(jīng)步驟二得到的混合溶液升溫至73℃～78℃并保持10h～24h，得到混合物；四、將經(jīng)步驟三得到的混合物依次用去離子水和乙醇洗滌，然后在60℃～90℃的條件下干燥10h～24h，得到白色粉末；五、將經(jīng)步驟四得到的白色粉末放在500℃～700℃的燒結(jié)爐中熱處理1.5h～3h，即得到紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法，其特征在于步驟一中硝 酸鋅水溶液的濃度為0. 02mol/L 0. 09mol/L。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法，其特征在于步驟二 中氫氧化鈉水溶液的濃度為4. 8mol/L 5. 3mol/L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法，其特征在于步驟二中溶 液的pH值為9. 5 10. 5。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法，其特征在于步驟 三中將混合溶液升溫至74°C 77。C并保持12h 20h。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法，其特征在于步驟四中在 65°C 85。C的條件下干燥12h 20h。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述的一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法，其特征在于步 驟五中將白色粉末放在550°C 65(TC的燒結(jié)爐中熱處理1. 8h 2. 8h。
全文摘要
一種紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法，它涉及氧化鋅的制備方法，它解決了現(xiàn)有的溶劑熱法合成的紡錘狀氧化鋅中有不易分離的雜質(zhì)離子以及水熱法合成的氧化鋅產(chǎn)品中紡錘狀結(jié)構(gòu)氧化鋅產(chǎn)量低的問題。本發(fā)明將氫氧化鈉水溶液逐滴加入硝酸鋅水溶液中，攪拌并在73℃～78℃保持10h～24h，再經(jīng)洗滌干燥后，在燒結(jié)爐中熱處理，即得到紡錘狀氧化鋅。本發(fā)明的方法是一種綠色化學(xué)制備方法，反應(yīng)過程中不使用有機(jī)溶劑或表面活性劑，產(chǎn)物為六方纖鋅礦單晶氧化鋅，沒有雜質(zhì)，而且制備出的氧化鋅全部為紡錘狀，紡錘狀納米氧化鋅可應(yīng)用在激光器、傳感器和光探測器領(lǐng)域。
文檔編號C01G9/02GK101774632SQ20101012698
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者葉彩, 宮麗紅, 武祥 申請人:哈爾濱師范大學(xué)