一種一維ZnO材料表面沉積金納米顆粒的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種一維ZnO材料(即一維ZnO納米材料)表面沉積金納米顆粒的方法，具體涉及一種無外加還原劑存在、僅采用超聲處理在一維ZnO材料表面沉積金納米顆粒的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO是一種η型半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.2 eV，是重要的I1- VI族半導(dǎo)體氧化物，具有較高的激子束縛能，可以廣泛應(yīng)用于陶瓷、化工、電子、光學(xué)、生物、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域。ZnO材料的形貌非常豐富，其中，一維ZnO材料具有較高的高溫強(qiáng)度、硬度和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，例如，具有大長(zhǎng)徑比的ZnO晶須在原子力顯微鏡和隧道掃描顯微鏡探針方面的應(yīng)用已取得了進(jìn)展。目前，各種一維新穎形態(tài)已經(jīng)被大量合成與研宄，其性能測(cè)試表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，由于一維定向生長(zhǎng)的ZnO本身的一些局限性以及在制備過程中出現(xiàn)的各種不穩(wěn)定因素，限制了其實(shí)際應(yīng)用范圍。為了克服這一缺點(diǎn)，將ZnO與貴金屬Au納米材料復(fù)合，以期制備出兼有兩種材料優(yōu)異性能的復(fù)合材料，且表現(xiàn)出比純ZnO納米材料更優(yōu)異的性能。
[0003]目前，一維ZnO與Au納米材料的制備方法已經(jīng)較為成熟，并且可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，目前報(bào)道的制備Au/ ZnO納米復(fù)合材料的主要方法有高分子凝膠法、浸漬光分解法、光還原沉積法、激光復(fù)合加熱蒸發(fā)技術(shù)等，這些方法都需要額外加入起到還原作用的試劑來將Au3+還原為Au，使用的方法不同所選擇的還原劑也不同。此外，這些方法還存在以下問題:(1)ZnO材料上復(fù)合的貴金屬Au顆粒尺寸較大，使得活性降低；(2) Au顆粒在ZnO上分散不均勻?qū)е埋詈闲?yīng)，降低了復(fù)合材料性能；(3)制備出來的粒子粒徑不可控，容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，從而難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，而且其應(yīng)用大多局限于實(shí)驗(yàn)室中的低濃度物質(zhì)；(4)復(fù)合材料的制備工藝復(fù)雜，成本較高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)化。因此，依然需要對(duì)ZnO與Au復(fù)合納米材料的制備進(jìn)行不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)目前一維ZnO與Au的復(fù)合納米材料在制備時(shí)存在的不足，提供了一種一維ZnO材料表面沉積金納米顆粒的方法，該方法不需添加任何化學(xué)還原試劑，所用原料少，流程簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化大生產(chǎn)。
[0005]我們知道，超聲能夠使各反應(yīng)原料分散更為均勻，接觸更充分，很多反應(yīng)中都采用超聲輔助反應(yīng)的進(jìn)行，也有還原反應(yīng)中采用超聲輔助還原反應(yīng)的快速進(jìn)行，但是目前所公開的還原反應(yīng)中，尤其是將HAuCl4在溶液環(huán)境中還原為Au的反應(yīng)中，還沒有不采用外加還原劑，僅通過超聲來完成還原反應(yīng)的。發(fā)明人在對(duì)一維Au/ZnO復(fù)合材料的制備方法的改進(jìn)研宄中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)僅采用超聲而不加入外加還原劑的情況下，仍然能很好的將HAuCl4還原為Au，并成功的將所得的Au納米顆粒沉積到一維ZnO材料表面，這一結(jié)果打破了傳統(tǒng)認(rèn)為的“超聲僅能輔助反應(yīng)進(jìn)行”、“還原反應(yīng)必須加入還原劑”的認(rèn)知，克服了技術(shù)偏見。
[0006]本發(fā)明僅采用超聲在一維ZnO材料表面沉積金納米顆粒的具體技術(shù)方案如下:
一種一維ZnO材料表面沉積金納米顆粒的方法，步驟包括:將一維ZnO材料與HAuCl4
分散到水中，在無還原劑存在下進(jìn)行超聲處理，將Au3+還原為金納米顆粒并沉積到一維ZnO材料表面。
[0007]本發(fā)明之所以僅采用超聲就能夠?qū)崿F(xiàn)HAuCl4的還原，與所采用的原料有很大的關(guān)系，研宄發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用一維ZnO材料時(shí)，超聲產(chǎn)生的能量能夠在一維ZnO材料表面產(chǎn)生電子和空穴的分離，這些分離的電子能將金離子還原，從而形成3 ~ 15 nm的Au納米顆粒，同時(shí)使金納米顆粒與一維ZnO材料緊密復(fù)合，提高復(fù)合材料的性質(zhì)。而采用其他材料，例如球狀ZnO時(shí)，電子和空穴不會(huì)分離，僅超聲就無法完成金離子的還原和沉積。
[0008]本發(fā)明僅采用超聲不加還原劑所得的金納米顆粒在一維ZnO材料表面分布均勾。
[0009]上述方法中，沉積到一維ZnO材料表面的金納米顆粒尺寸均一。
[0010]上述方法中，沉積到一維ZnO材料表面的金納米顆粒的粒徑為3 ~ 15 nm。
[0011]上述方法中，所述一維ZnO材料為ZnO納米棒、ZnO納米線、ZnO納米帶、ZnO納米纖維、ZnO納米陣列、ZnO納米晶須等一維納米材料。
[0012]上述方法具體包括以下步驟:
(1)將一維ZnO材料分散在水中，超聲處理30-60min；
(2)向步驟(I)的超聲處理后的混合物中加入HAuCl4水溶液，然后再進(jìn)行超聲處理使Au3+還原為Au ；
(3)超聲處理后將反應(yīng)液離心分離、洗滌，得Au/ZnO復(fù)合一維納米材料。
[0013]上述步驟(I)中，一維ZnO材料在水中的濃度為1.0?5.0 mmol/L。在此范圍內(nèi)，ZnO的濃度越大，Au顆粒在ZnO上分布的越稀疏。
[0014]上述步驟(2)中，ZnO與HAuCl4的摩爾比為40:0.25?5。在此范圍內(nèi)，該比值越大，Au顆粒在ZnO上分布的越稀疏。
[0015]上述步驟(I)和(2)中，超聲功率為50?500 W。在此范圍內(nèi)，功率越大，Au顆粒在ZnO的分布越密實(shí)，粒徑越大，所需的時(shí)間越少。
[0016]上述步驟(2)中，HAuCljK溶液的濃度為0.1?5.0 mmol/L。在此范圍內(nèi)，HAuCl 4的濃度越大，Au顆粒在ZnO上分布的越密實(shí)。
[0017]上述步驟(2)中，超聲處理時(shí)的溫度為15?80°C。在此范圍內(nèi)，反應(yīng)溫度越高，ZnO上負(fù)載的Au顆粒的粒徑越大。
[0018]上述步驟(2)中，超聲處理的時(shí)間為5?30 min。在此范圍內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，Au顆粒在ZnO上分布的越密實(shí)。
[0019]本發(fā)明僅采用超聲就在一維ZnO納米材料表面沉積上Au納米顆粒，利用超聲所提供的的電子還原HAuCl4，不用添加任何其它化學(xué)試劑，避免了化學(xué)試劑如硼氫化鈉所引起的Au顆粒生長(zhǎng)過快，分布不均等問題，有效控制了 Au納米顆粒的大小。
[0020]本發(fā)明采用超聲法還原氯金酸，在多種ZnO —維納米材料負(fù)載納米Au顆粒，克服了技術(shù)偏見，工藝流程簡(jiǎn)單，原料少，所得Au/ZnO復(fù)合一維納米材料中Au納米顆粒結(jié)晶性好，粒徑小，分散均勻，尺寸均一，更加有利于電子-空穴對(duì)的分離，大大提高了光催化效率，優(yōu)于大部分的液相法所制備的產(chǎn)品，在傳感器、電池、催化劑、生物、新能源等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1合成的Au/ZnO復(fù)合一維納米材料的透射電鏡(TEM)照片。
[0022]圖2為本發(fā)明對(duì)比例I中用還原劑不超聲情況下得到的Au/ZnO復(fù)合一維納米材料的透射電鏡(TEM)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。下述實(shí)施例中，所用ZnO納米棒、ZnO納米帶、ZnO納米線、ZnO納米纖維、ZnO納米晶為市購(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以采用文獻(xiàn)中公開的方法合成。
[0024]實(shí)施例1
1.1稱取8.1 mg ZnO納