專利名稱：一種采用雙氧水調(diào)控氧化鋅晶體微結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用雙氧水調(diào)控氧化鋅晶體微結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
在室溫下氧化鋅為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有較大的禁帶寬度(3. 37eV)和激子束縛能(60meV)，是一種優(yōu)異的半導(dǎo)體材料。納米氧化鋅由于具有表面效應(yīng)、尺寸效應(yīng)等納米效應(yīng)而展現(xiàn)出其它傳統(tǒng)材料無法比擬的性能，在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)等方面表現(xiàn)出與宏觀尺度材料大不相同的特性，其在太陽能電池、光致發(fā)光、光催化降解、紫外線屏蔽、聲電器件、氣敏陶瓷等領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價值，成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。氧化鋅的性能決定于其尺寸、形貌及制備工藝，因而其微結(jié)構(gòu)的研究與控制也是納米氧化鋅研究領(lǐng)域的一個重要內(nèi)容?，F(xiàn)有的納米氧化鋅的制備方法及設(shè)備，該方法采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，先將金屬鋅或鋅的氧化物在金屬熔化室中進(jìn)行感應(yīng)加熱，被加熱物熔化后，引入燃燒火焰燃燒，收集燃燒所得氧化物冷卻后即得納米氧化鋅粉體。該方法需要較昂貴的專用設(shè)備，且氧化鋅的尺寸與形貌不易控制，產(chǎn)物不均?，F(xiàn)有的納米氧化鋅的制備方法，該方法采用水熱合成方法，先將脂肪醇和醋酸鋅配制成混合溶液，再在80 30(TC下反應(yīng)2 48h，洗滌、分離后即得納米氧化鋅粉體，該方法需要甲醇、乙二醇、丙三醇等有機(jī)添加劑，對環(huán)境不利，且所得產(chǎn)物尺寸與形貌不均?，F(xiàn)有的納米氧化鋅的制備方法，該方法在碳酸氫銨溶液中依次加入十二烷基硫酸鈉和氯化鋅，將反應(yīng)后所得的白色沉淀物洗滌、分離、干燥后得到前驅(qū)體，將所得前驅(qū)體在管式爐中煅燒即得納米氧化鋅，該方法需采用有機(jī)添加劑，煅燒后會產(chǎn)生有害氣體，對環(huán)境有害，且所得產(chǎn)物形貌與尺寸不均。現(xiàn)有的氧化鋅納米線的制備方法，該方法先采用碳酸鹽或碳酸氫鹽作沉淀劑制備堿式碳酸鋅，再將聚乙二醇加入堿式碳酸鋅溶液中并在180 220°C下反應(yīng)5 24h，洗滌、分離所得沉淀物即得氧化鋅納米線，該方法所得產(chǎn)物尺寸不均，且需采用聚乙二醇為添加齊U，對環(huán)保不利。以上所述的方法中，棒形氧化鋅的合成主要采用一步合成方法，其所得到的ZnO形貌與尺寸的一致性和均勻性不易控制，且需要有機(jī)添加劑或特殊合成方法，易造成工藝可靠性不易保證以及環(huán)境污染等問題，均不易于進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化技術(shù)轉(zhuǎn)換。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用雙氧水調(diào)控氧化鋅晶體微結(jié)構(gòu)的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的ZnO形貌與尺寸的一致性和均勻性不易控制，且需要有機(jī)添加劑或特殊合成方法，易造成工藝可靠性不易保證以及環(huán)境污染的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種采用雙氧水調(diào)控氧化鋅晶體微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，按照以下步驟實(shí)施步驟I、在室溫下將微納米尺度的氧化鋅粉體加入到2 16mol/L的雙氧水的水溶液中，摩爾比ZnO = H2O2=I: (20 200)，均勻攪拌30 60min，得到混合液；氧化鋅粉體的直徑為150 230nm，枝臂長度為800 1500nm，長徑比為5 7 ;步驟2、將上述混合液在密閉容器內(nèi)恒溫150 200°C下反應(yīng)6 24h，冷卻后所得沉淀經(jīng)水洗滌、離心分離，在40 100°C干燥12 24h后，得到氧化鋅晶體，即成。本發(fā)明的有益效果是，I)合成路線獨(dú)特，制備工藝簡捷，效率高。
2)不需要任何表面活性劑與修飾劑，對環(huán)境友好。3)所得產(chǎn)物為一系列不同形貌與尺寸的氧化鋅晶體。調(diào)控后的尺寸可以從微米尺度連續(xù)變化到納米尺度，棒徑變化范圍從IOnm I. 5 ii m，棒長變化范圍從40nm 50 y m，長徑比變化范圍3 30。4)其光催化降解染料(甲基橙水溶液)性能隨ZnO納米晶的直徑減小而急劇增加，在直徑尺寸小于200nm的情況下，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的納米尺寸效應(yīng)，其光催化速率常數(shù)是微米、亞微米尺寸的ZnO晶體在相同測試條件下的2 6倍左右，如圖I所示。5)其光致發(fā)光性能隨ZnO納米晶的直徑尺寸減小而急劇增加，表現(xiàn)出明顯的納米尺寸效應(yīng)，如圖2所示。


圖I為本發(fā)明所得產(chǎn)物氧化鋅的光催化降解速率-棒徑變化曲線；圖2為本發(fā)明所得產(chǎn)物氧化鋅的特征發(fā)射峰發(fā)光強(qiáng)度-棒徑變化曲線；圖3為本發(fā)明所得產(chǎn)物氧化鋅的棒徑、棒長隨氧化鋅/雙氧水的摩爾比變化曲線.圖4為各實(shí)例使用的初始氧化鋅的掃描電鏡SEM照片；圖5為本發(fā)明實(shí)施例I所得產(chǎn)物氧化鋅的掃描電鏡SEM照片；圖6為本發(fā)明實(shí)施例2所得產(chǎn)物氧化鋅的掃描電鏡SEM照片；圖7為本發(fā)明實(shí)施例2所得產(chǎn)物氧化鋅的光致發(fā)光3D譜；圖8為本發(fā)明實(shí)施例3所得產(chǎn)物氧化鋅的掃描電鏡SEM照片；圖9本發(fā)明實(shí)施例4所得產(chǎn)物氧化鋅的掃描電鏡SEM照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的方法是采用溶解重結(jié)晶原理，通過改變體系中的ZnO/雙氧水比例來調(diào)控氧化鋅晶體微結(jié)構(gòu)，從而得到棒徑尺寸從微米級到納米級可控制的、高結(jié)晶度的、棒團(tuán)簇花形ZnO晶體的新制備方法。本發(fā)明的采用雙氧水調(diào)控氧化鋅晶體微結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟步驟I、在室溫下將微納米尺度的氧化鋅粉體加入到2 16mol/L的雙氧水的水溶液中，摩爾比ZnO = H2O2=I: (20 200)，均勻攪拌30 60min，使得混合充分，得到混合液；步驟2、將上述混合液在密閉容器內(nèi)恒溫150 200°C下反應(yīng)6 24h，冷卻后所得沉淀經(jīng)水洗滌、離心分離，在40 100°C干燥12 24h后，得到一系列不同形貌與尺寸的氧化鋅晶體，即成。 所采用的水為去離子水、純凈水或蒸餾水。所采用的雙氧水為工業(yè)級、分析級或電子級商品化試劑H2O2,質(zhì)量濃度為27. 5% 70%。本發(fā)明方法的工作原理是在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件下，ZnO在不同濃度的雙氧水-水環(huán)境下存在著不同程度的溶解和重結(jié)晶過程，利用這種重結(jié)晶過程，控制ZnCVH2O2摩爾比，就能夠改變原有ZnO晶體的形貌、尺寸等微結(jié)構(gòu)，得到高結(jié)晶度、微結(jié)構(gòu)可控的ZnO晶體。在150 200°C的重結(jié)晶反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，所得產(chǎn)物形貌主要為棒團(tuán)簇的花形，其棒徑、棒長均隨著氧化鋅/雙氧水的摩爾比降低而減小，如圖3所示。 實(shí)施例I在室溫下將氧化鋅粉體(直徑為150 230nm，枝臂長度為800 1500nm，長徑比為5 7，掃描電鏡形貌照片如圖4所示)加入到2mol/L的雙氧水溶液中(摩爾比為ZnO = H2O2=I: 20)，攪拌30min混合均勻后在200°C下反應(yīng)6h，所得沉淀經(jīng)去離子水洗滌、離心分離、干燥(控制條件為65°C，20h)后即得到氧化鋅晶體。經(jīng)雙氧水調(diào)控后重結(jié)晶析出的高結(jié)晶度的棒團(tuán)簇花形ZnO晶體的掃描電鏡形貌照片如圖5所示，其單根棒直徑為400 1500nm、長度為30 50 y m、長徑比為12 30。實(shí)施例2在室溫下將氧化鋅粉體(如圖4所示)加入到4mol/L的雙氧水溶液中(摩爾比為ZnO = H2O2=I: 60)，攪拌50min混合均勻后在150°C下反應(yīng)24h，所得沉淀經(jīng)純凈水洗滌、離心分離、干燥(控制條件為85°C，12h)后即得到棒團(tuán)簇花形氧化鋅晶體，其掃描電鏡形貌照片如圖6所示，單根棒直徑為180 330nm、長度為I 2. 5 ym、長徑比為7 14 ;其光致發(fā)光PL譜如圖7所示，其激發(fā)波長在300 380nm、發(fā)射波長在400 700nm的寬發(fā)射波段、特征峰位于570nm，具有寬的紫外吸收截面和優(yōu)異的可見光發(fā)射特性。實(shí)施例3在室溫下將氧化鋅粉體(如圖4所示)加入到8mol/L的雙氧水溶液中(摩爾比為ZnO = H2O2=I: 100)，攪拌60min混合均勻后在170°C下反應(yīng)15h，所得沉淀經(jīng)去離子水洗滌、離心分離、負(fù)壓干燥(控制條件為40°C，24h)后即得到花簇狀納米氧化鋅晶體(直徑為30 250nm、600nm I. 5 y m、長徑比為10 20)，其SEM掃描電鏡形貌照片如圖8所示。另外還包括有部分ZnO納米晶須(其直徑為10 20nm，長度為2 4 y m)。實(shí)施例4在室溫下將氧化鋅粉體(如圖4所示)加入到16mol/L的雙氧水溶液中(摩爾比為ZnOiH2O2=I: 200),攪拌30min混合均勻后在180°C下反應(yīng)IOh,所得沉淀經(jīng)蒸懼水洗漆、離心分離、干燥(控制條件為100°C，15h)后即得到短棒形納米氧化鋅晶體(直徑為10 30nm、棒長為40 200nm、長徑比為3 10)。其棒團(tuán)簇花形ZnO晶體的SEM掃描電鏡形貌照片如圖9所示。
權(quán)利要求
1.一種采用雙氧水調(diào)控氧化鋅晶體微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，按照以下步驟實(shí)施 步驟I、在室溫下將微納米尺度的氧化鋅粉體加入到2 16mol/L的雙氧水的水溶液中，摩爾比ZnOiH2O2=I: (20 200)，均勻攪拌30 60min，得到混合液； 步驟2、將上述混合液在密閉容器內(nèi)恒溫150 200°C下反應(yīng)6 24h，冷卻后所得沉淀經(jīng)水洗滌、離心分離，在40 100°C干燥12 24h后，得到氧化鋅晶體，即成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用雙氧水調(diào)控氧化鋅晶體微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述的水為去離子水、純凈水或蒸餾水。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用雙氧水調(diào)控氧化鋅晶體微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述的雙氧水為工業(yè)級、分析級或電子級商品化試劑H2O2，質(zhì)量濃度為27. 5% 70%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用雙氧水調(diào)控氧化鋅晶體微結(jié)構(gòu)的方法，按照以下步驟實(shí)施步驟1、在室溫下將微納米尺度的氧化鋅粉體加入到雙氧水或其水溶液中，摩爾比ZnO:H2O2=1:(20～200)，均勻攪拌得到混合液；步驟2、將上述混合液在密閉容器內(nèi)恒溫反應(yīng)，冷卻后所得沉淀經(jīng)水洗滌、離心分離，干燥后，得到氧化鋅晶體，即成。本發(fā)明的方法，制備工藝簡捷、效率高、環(huán)境友好；所得產(chǎn)物為一系列不同形貌與尺寸的氧化鋅晶體，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的納米尺寸效應(yīng)。
文檔編號B82Y30/00GK102795658SQ201210265989
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者張衛(wèi)華, 夏培康, 張博華 申請人:西安理工大學(xué)