專利名稱：一種由納米顆粒組裝的棒狀氧化鋅中晶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化物半導(dǎo)體材料的制備方法，尤其是涉及一種由納米顆粒組裝的棒狀氧化鋅中晶的制備方法。
背景技術(shù)：
2008 年，H. Colfen 和 M. Antonietti 發(fā)表了題為 “Mesocrystals andnonclassical crystallization”的文章,在總結(jié)了大量實驗研究成果的基礎(chǔ)上提出了非典型晶體-中晶這一概念與單晶體不同，中晶是由納米晶模塊按照一定順序排列組裝而成的有序超結(jié)構(gòu)，而不是通過粒子之間的鍵合作用構(gòu)建而成。研究發(fā)現(xiàn)，與納米材料相比，中晶具有微米級別的尺寸，更易于制備，降低了納米材料的毒性，且成本低，同時能夠保持納米材料具有的一些優(yōu)異特性。中晶具有高結(jié)晶度及高孔隙率，在催化、光電子、傳感器等 領(lǐng)域都有著潛在的應(yīng)用前景。氧化鋅中晶作為中晶體系中的一員，由于其在太陽能電池、光電子、光催化、氣體傳感器等方面的應(yīng)用，受到了廣泛的研究和制備，合成了多種形貌的氧化鋅中晶；例如，Li等通過加熱醋酸鋅與TBAH(四丁基氫氧化銨)的混合物20小時制備得到了一種中空結(jié)構(gòu)的氧化鋅中晶；Li Hui等人以CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)為模板合成了六方柱狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅中晶；而關(guān)于中晶制備的專利還未見報道。目前中晶仍然未能得到大規(guī)模的應(yīng)用，其中一個重要原因是使用的高效有機添加物成本太高，不利于工業(yè)化的生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種快速簡便、制備成本低，可以大規(guī)模生產(chǎn)的由納米顆粒組裝的棒狀氧化鋅中晶的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種由納米顆粒組裝的棒狀氧化鋅中晶的制備方法，包括以下步驟(I)溶液的配制將可溶性鋅鹽配制成鋅離子摩爾濃度為0. 01 0. 5mol/L的水溶液，將可溶性堿配制成氫氧根離子摩爾濃度為0. I 5mol/L的水溶液；(2)溶液混合在一定反應(yīng)溫度下，將步驟(I)配制得到的可溶性鋅鹽水溶液與可溶性堿水溶液按體積比為I : 3 3 : I混合，將可溶性鋅鹽的水溶液緩慢倒入可溶性堿的水溶液中，伴隨攪拌，得到澄清液；(3)前驅(qū)物制備將有機添加物溶液倒入步驟(2)所得的澄清液中，有機添加物溶液與澄清液的體積比為I : 5 5 1，伴隨攪拌，得到含有大量前驅(qū)物的渾濁液，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌，并在烘箱中干燥得到前驅(qū)物；(4)產(chǎn)物制備將步驟(3)得到的前驅(qū)物在一定溫度下退火一定時間，得到最終產(chǎn)物。步驟(I)中所述的可溶性鋅鹽選自醋酸鋅、硫酸鋅、硝酸鋅或氯化鋅的一種或者任意組合的幾種混合物，或者為上述鋅鹽的水合物的一種，或者為任意一種或幾種鋅鹽與任意一種或幾種鋅鹽水合物的混合物。步驟(I)中所述的可溶性堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種或者兩種的混合物。步驟⑵中所述的反應(yīng)溫度為10 20°C。步驟(3)中所述的有機添加物為酒石酸，有機添加物溶液的濃度為0. 025g/mL
0.lg/mL0步驟⑷中退火的溫度為120 1000°C，退火的時間為0. 5 48h。該氧化鋅中晶的形成與mineral bridges中晶形成機理相似,納米晶形成于鋅鹽溶液與氫氧化鈉溶液的混合，隨后添加的酒石酸則起到了橋鍵的作用，將納米晶連接起來，形成了圖I所示的有序結(jié)構(gòu)，將其在高溫下退火之后，酒石酸被分解，便得到了由納米顆粒 組裝的氧化鋅中晶。整個反應(yīng)過程簡便易操作，并且產(chǎn)率高，成本低，環(huán)境友好，原料選擇范圍廣泛，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I為前驅(qū)物的SEM圖；圖2為120°C退火溫度下產(chǎn)物的SEM圖；圖3為600°C退火溫度下產(chǎn)物的SEM圖；圖4為1000°C退火溫度下產(chǎn)物的SEM圖； 圖5為最終產(chǎn)物的XRD圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例I在室溫下，將0. 8g酒石酸溶于20mL去離子水中，配制鋅離子摩爾濃度0. 5mol/L的醋酸鋅水溶液15mL，摩爾濃度5mol/L的氫氧化鈉溶液10mL，然后伴隨著玻璃棒攪拌，緩慢將15mL鋅鹽水溶液倒入IOmL氫氧化鈉溶液中，將得到澄清的水溶液。接著將20mL酒石酸溶液快速倒入得到的澄清液中，靜止得到白色的沉淀。將沉淀離心清洗，放入烘箱溫度為80°C，時間為4h烘干，得到前驅(qū)物，其SEM圖如圖I所示；然后將前驅(qū)物在120°C下退火
0.5h，即可得到棒狀氧化鋅中晶，其SEM圖如圖2所示，產(chǎn)物的XRD圖如圖5所示。實施例2在室溫下，將0. 8g酒石酸溶于20mL去離子水中，配制鋅離子摩爾濃度0. 5mol/L的硫酸鋅水溶液15mL，摩爾濃度5mol/L的氫氧化鉀溶液10mL，然后伴隨著玻璃棒攪拌，緩慢將15mL鋅鹽水溶液倒入IOmL氫氧化鈉溶液中，將得到澄清的水溶液。接著將20mL酒石酸溶液快速倒入得到的澄清液中，靜止得到白色的沉淀。將沉淀離心清洗，放入烘箱溫度為80°C，時間為4h烘干，得到前驅(qū)物，其SEM圖如圖I所示；然后將前驅(qū)物在600°C下退火2h，即可得到棒狀氧化鋅中晶，其SEM圖如圖3所示，產(chǎn)物的XRD圖如圖5所示。實施例3在室溫下，將0. 8g酒石酸溶于20mL去離子水中，配制鋅離子摩爾濃度0. 5mol/L的硝酸鋅水溶液15mL，摩爾濃度5mol/L的氫氧化鈉溶液10mL，然后伴隨著玻璃棒攪拌，緩慢將15mL鋅鹽水溶液倒入IOmL氫氧化鈉溶液中，將得到澄清的水溶液。接著將20mL酒石酸溶液快速倒入得到的澄清液中，靜止得到白色的沉淀。將沉淀離心清洗，放入烘箱溫度為80°C，時間為4h烘干，得到前驅(qū)物，其SEM圖如圖I所示；然后將前驅(qū)物在1000°C下退火4h，即可得到棒狀氧化鋅中晶，其SEM圖如圖4所示，最終制備得到的產(chǎn)物的XRD圖如圖5所示。實施例4在10°C下，配制鋅離子摩爾濃度0. Olmol/L的硝酸鋅水溶液5mL，摩爾濃度
0.lmol/L的氫氧化鈉溶液15mL，然后伴隨著玻璃棒攪拌，緩慢將5mL鋅鹽水溶液倒入15mL氫氧化鈉溶液中，將得到澄清的水溶液。接著將4mL 0. 025g/L的酒石酸溶液快速倒入得到的澄清液中，靜止得到白色的沉淀。將沉淀離心清洗，放入烘箱溫度為80°C，時間為4h烘干，得到前驅(qū)物，然后將前驅(qū)物在120°C下退火48h，即可得到與圖2相似的棒狀氧化鋅中晶，產(chǎn)物的XRD圖如圖5所示。實施例5在室溫下，配制鋅離子摩爾濃度0. 5mol/L的硫酸鋅水溶液15mL，摩爾濃度5mol/L的氫氧化鉀溶液5mL，然后伴隨著玻璃棒攪拌，緩慢將15mL鋅鹽水溶液倒入5mL氫氧化鈉溶液中，將得到澄清的水溶液。接著將IOOmL 0. lg/mL的酒石酸溶液快速倒入得到的澄清液中，靜止得到白色的沉淀。將沉淀離心清洗，放入烘箱溫度為80°C，時間為4h烘干，得到前驅(qū)物，然后將前驅(qū)物在1000°C下退火0. 5h，即可得到與圖4相似的棒狀氧化鋅中晶，產(chǎn)物的XRD圖如圖5所示。權(quán)利要求
1.一種由納米顆粒組裝的棒狀氧化鋅中晶的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)溶液的配制將可溶性鋅鹽配制成鋅離子摩爾濃度為0.01 0. 5mol/L的水溶液，將可溶性堿配制成氫氧根離子摩爾濃度為0. I 5mol/L的水溶液； (2)溶液混合在一定反應(yīng)溫度下，將步驟(I)配制得到的可溶性鋅鹽水溶液與可溶性堿水溶液按體積比為I : 3 3 : I混合，將可溶性鋅鹽的水溶液緩慢倒入可溶性堿的水溶液中，伴隨攪拌，得到澄清液； (3)前驅(qū)物制備將有機添加物溶液倒入步驟(2)所得的澄清液中，有機添加物溶液與澄清液的體積比為I : 5 5 1，伴隨攪拌，得到含有大量前驅(qū)物的渾濁液，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌，并在烘箱中干燥得到前驅(qū)物； (4)產(chǎn)物制備將步驟(3)得到的前驅(qū)物在一定溫度下退火一定時間，得到最終產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種由納米顆粒組裝的棒狀氧化鋅中晶的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的可溶性鋅鹽選自醋酸鋅、硫酸鋅、硝酸鋅或氯化鋅的一種或者任意組合的幾種混合物，或者為上述鋅鹽的水合物的一種，或者為任意一種或幾種鋅鹽與任意一種或幾種鋅鹽水合物的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種由納米顆粒組裝的棒狀氧化鋅中晶的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的可溶性堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種或者兩種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種由納米顆粒組裝的棒狀氧化鋅中晶的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的反應(yīng)溫度為10 20°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種由納米顆粒組裝的棒狀氧化鋅中晶的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的有機添加物為酒石酸，有機添加物溶液的濃度為0.025g/mL 0.lg/mL0
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種由納米顆粒組裝的棒狀氧化鋅中晶的制備方法，其特征在于，步驟(4)中退火的溫度為120 1000°C，退火的時間為0. 5 48h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由納米顆粒組裝的棒狀氧化鋅中晶的制備方法，將可溶性鋅鹽及可溶性堿配制成水溶液后混合，得到澄清液，將有機添加物溶液倒入澄清液中，有機添加物溶液與澄清液的體積比為1∶5～5∶1，伴隨攪拌，得到含有大量前驅(qū)物的渾濁液，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌，并在烘箱中干燥得到前驅(qū)物，在高溫條件下做退火處理，即得到最終的產(chǎn)物。本發(fā)明可在一定溫度條件下快速簡便制備產(chǎn)物，并且產(chǎn)率高，成本低，環(huán)境友好，原料可選擇范圍廣泛，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C01G9/02GK102745736SQ20121026087
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者吳海霞, 楊彥強, 楊永強, 郭守武 申請人:上海交通大學(xué)