本發(fā)明涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

ZnO(氧化鋅)是Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶直接帶隙化合物半導(dǎo)體，其為六角釬鋅礦結(jié)構(gòu)，在室溫下其禁帶寬度約為3.37eV。三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)在晶格、光電、壓電、氣敏、壓敏等許多方面具有優(yōu)異的性能，熱穩(wěn)定性高，在表面聲波器件、太陽(yáng)能電池、氣敏和壓敏器件等很多方面得到了較為廣泛的應(yīng)用，在紫外探測(cè)器等諸多領(lǐng)域也有著巨大的開(kāi)發(fā)潛力。而且三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的許多制作工藝與集成電路工藝相容，可與硅等多種半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)集成化，因而備受人們重視，具有廣闊的發(fā)展前景。

目前，三維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)制備方法多種多樣，主要有：氣相沉積法、射頻濺射法、化學(xué)分子束蒸發(fā)沉積、噴霧熱分解法、雙離子束濺射沉積法、脈沖激光沉積、以及溶膠-凝膠法等，但是，以上方法都比較繁瑣，制備過(guò)程較為復(fù)雜。因此，尋找一種工藝簡(jiǎn)單、條件溫和的制備三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的方法具有重要意義，也是是研究的重點(diǎn)所在。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，產(chǎn)品純度高。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次用乙醇、水在超聲條件下清洗；

(2)將無(wú)水乙醇和濃鹽酸混合均勻后加入反應(yīng)釜中，將處理過(guò)的鋅片浸入混合液，密閉反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中超聲清洗時(shí)間為10～20min。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中無(wú)水乙醇和濃鹽酸的體積比為20～200：1。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中濃鹽酸濃度不小于8mol/L。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中反應(yīng)溫度為40℃～100℃。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中反應(yīng)時(shí)間為4～8h。

本發(fā)明還提供了一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，所述制備方法制備出的三維氧化鋅納米條可用作電化學(xué)傳感電極應(yīng)用于電化學(xué)傳感器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明所述的一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，所制備出來(lái)的產(chǎn)物純度高、分散性好、晶形好且可控制，生產(chǎn)成本低，重現(xiàn)性好。所制備出的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，作為傳感器材料可以與待測(cè)物充分接觸，使電催化反應(yīng)充分高效。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為實(shí)施例1制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片(SEM)；

圖2為實(shí)施例1制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)對(duì)水合肼進(jìn)行電化學(xué)檢測(cè)的循環(huán)伏安圖(CV)；

其中，1為pH＝13的氫氧化鈉溶液中未加入水合肼的循環(huán)伏安曲線(xiàn)；

2為pH＝13的氫氧化鈉溶液中加了0.05mM水合肼的循環(huán)伏安曲線(xiàn)；

3為pH＝13的氫氧化鈉溶液中加了0.1mM水合肼的循環(huán)伏安曲線(xiàn)；

圖3為裸鋅對(duì)肼進(jìn)行電化學(xué)檢測(cè)的循環(huán)伏安圖(CV)；

其中，1為潔凈的未生長(zhǎng)氧化鋅的鋅片在pH＝13的氫氧化鈉溶液中未加水合肼的線(xiàn)性?huà)呙璺矆D；

2為潔凈的未生長(zhǎng)氧化鋅的鋅片在pH＝13的氫氧化鈉溶液中加了0.05mM水合肼的線(xiàn)性?huà)呙璺矆D；

3為潔凈的未生長(zhǎng)氧化鋅的鋅片在pH＝13的氫氧化鈉溶液中加了0.1mM水合肼的線(xiàn)性?huà)呙璺矆D；

圖4為氧化鋅的時(shí)間電流曲線(xiàn)(I-T圖)；

圖5為實(shí)施例2制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片(SEM)；

圖6為實(shí)施例3制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片(SEM)；

圖7為實(shí)施例4制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片(SEM)；

圖8為實(shí)施例5制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片(SEM)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，例如Sambrook等分子克?。簩?shí)驗(yàn)室手冊(cè)(New York:Cold Spring Harbor Laboratory Press,1989)中所述的條件，或按照制造廠(chǎng)商所建議的條件。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次放入乙醇、水中進(jìn)行超聲清洗15min；

(2)將20mL無(wú)水乙醇和0.1mL12mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60mL反應(yīng)釜中，將處理過(guò)的鋅片浸入混合液中，密閉反應(yīng)釜，在80℃下反應(yīng)6小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

將實(shí)施例1制備好的包覆三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片，直接用來(lái)作為電極，應(yīng)用于電化學(xué)性質(zhì)測(cè)試。以NaOH溶液作為電解質(zhì)，對(duì)水合肼進(jìn)行檢測(cè)。

取10mL 0.1mol/L NaOH溶液作為電解質(zhì)溶液放入電解槽中，將實(shí)施例1中制備的電極作為工作電極，設(shè)定好相關(guān)參數(shù)，在未加入肼時(shí)測(cè)循環(huán)伏安曲線(xiàn)，圖2中曲線(xiàn)1所示，然后用微量進(jìn)樣器取50μL 0.01mol/L的肼注入電解槽，測(cè)量得圖2中曲線(xiàn)2，電解槽中肼的濃度為0.05mmol/L。比較曲線(xiàn)1和2可發(fā)現(xiàn)，在電勢(shì)0.6V，有相應(yīng)的較大電流變化，說(shuō)明該電極對(duì)肼有電化學(xué)響應(yīng)，再繼續(xù)加入50μL 0.01M的肼，測(cè)得的循環(huán)伏安曲線(xiàn)3在電勢(shì)0.6V有更強(qiáng)的電流響應(yīng)，而此時(shí)電解槽中的肼的濃度為0.1mmol/L。從圖2中我們可以看到，曲線(xiàn)3與曲線(xiàn)1電流峰差值是曲線(xiàn)2與曲線(xiàn)1電流峰差值的2倍。并且曲線(xiàn)3時(shí)電解槽中水合肼的濃度(0.1mmol/L)是曲線(xiàn)2時(shí)電解槽中水合肼的濃度(0.05mmol/L)的2倍，說(shuō)明響應(yīng)電流與肼濃度呈線(xiàn)性關(guān)系。

為了驗(yàn)證電流響應(yīng)是由三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)引起而非鋅片的直接作用，本發(fā)明提供了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。即將潔凈的未生長(zhǎng)氧化鋅的鋅片，且規(guī)格相同的鋅片作為工作電極檢測(cè)肼，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在加了50μL濃度為0.01mol/L水合肼和加了100μL濃度為0.01mol/L水合肼，如圖3中曲線(xiàn)2和曲線(xiàn)3所示，在電勢(shì)0.6V處電流響應(yīng)較小，與未加肼的循環(huán)伏安去曲線(xiàn)幾乎重合，如圖3中曲線(xiàn)1所示，這充分證明本發(fā)明提供的電極對(duì)水合肼有電化學(xué)響應(yīng)。

為進(jìn)一步研究本發(fā)明的電化學(xué)性質(zhì)，還做了電極的時(shí)間-電流曲線(xiàn)圖，如圖4所示。即每隔50秒，加入相同或不同濃度的肼，每加一次都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)臺(tái)階，直到不再產(chǎn)生臺(tái)階為止。測(cè)得本發(fā)明實(shí)施例1制備的電極對(duì)肼響應(yīng)時(shí)間平均小于3秒，檢測(cè)限為0.1μM，線(xiàn)性范圍是0.05～1050mM，表明該電極可以作為肼的電化學(xué)傳感器。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次放入乙醇、水中進(jìn)行超聲清洗20min；

(2)將20mL無(wú)水乙醇和0.4mL 10mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60mL反應(yīng)釜中，將處理過(guò)的鋅片浸入混合液中，密閉反應(yīng)釜，在40℃下反應(yīng)4小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次放入乙醇、水中進(jìn)行超聲清洗15min；

(2)將20mL無(wú)水乙醇和1.0mL 12mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60mL反應(yīng)釜中，將處理過(guò)的鋅片浸入混合液中，密閉反應(yīng)釜，在90℃下反應(yīng)5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次放入乙醇、水中進(jìn)行超聲清洗10min；

(2)將20mL無(wú)水乙醇和0.2mL 8mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60mL反應(yīng)釜中，將處理過(guò)的鋅片浸入混合液中，密閉反應(yīng)釜，在50℃下反應(yīng)7小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次放入乙醇、水中進(jìn)行超聲清洗15min；

(2)將20mL無(wú)水乙醇和0.2mL 11mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60mL反應(yīng)釜中，將處理過(guò)的鋅片浸入混合液中，密閉反應(yīng)釜，在100℃下反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，如圖8所示。

本發(fā)明所述的一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，是在密閉的高溫高壓反應(yīng)釜中，采用乙醇做反應(yīng)溶劑，通過(guò)加熱反應(yīng)體系，產(chǎn)生一個(gè)高壓環(huán)境而進(jìn)行材料制備的一種有效方法。本發(fā)明選擇在鋅片上生長(zhǎng)三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，是基于鋅片在酸性條件下，高壓加熱，能在表面生成一層三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備方法產(chǎn)物純度高、分散性好、晶形好且可控制，生產(chǎn)成本低，重現(xiàn)性好。所制備出的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，作為傳感器材料可以與待測(cè)物充分接觸，使電催化反應(yīng)充分高效。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。