花狀氧化鋅納米材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種花狀氧化鋅納米材料及其制備方法，該氧化鋅呈花狀形貌，為單晶結(jié)構(gòu)，尺寸為15~100nm，制備步驟為：（1）將鋅源加入油胺中，再加入醇，攪拌得透明溶液；（2）將步驟（1）的溶液在惰性氣體保護下加熱到120℃，保溫至溶液中的水分完全蒸發(fā)，然后升溫至150-300℃，進行反應；（3）反應結(jié)束后，經(jīng)離心分離、洗滌，得花狀氧化鋅納米材料。本發(fā)明方法工藝流程簡單，所得產(chǎn)物形貌為花狀，結(jié)晶度高，分散性好，表面缺陷少，形貌可控，尺寸可調(diào)，在新能源領(lǐng)域有廣泛的應用。
【專利說明】花狀氧化鋅納米材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種花狀氧化鋅納米材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅是一種寬禁帶(禁帶寬度為3.2 eV)，n型半導體材料，并且具有較高的激子束縛能。隨著粒度的變化它的物理和化學性質(zhì)發(fā)生相應的變化，即納米氧化鋅具有塊體材料所沒有的獨特性質(zhì)如表面效應、體積相應、小尺寸效應和宏觀隧道效應等納米效應。這些物理化學性質(zhì)使其在光學、力學、磁學、熱學、電學等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。特別是它的光電性質(zhì)、抗菌性、防止外輻射及其在紫外光區(qū)對有機廢物的催化降解，使其在陶瓷、化工、電子、光學、生物、醫(yī)藥等很多領(lǐng)域成為重要的研究對象并得到廣泛的應用。
[0003]目前，制備納米氧化鋅的方法很多，總體上可以分為固相法、液相法和氣相法三大類。其中固相法雖然具有高產(chǎn)率、污染少、工藝簡單等優(yōu)點，但是該方法難以制得粒度較小的納米顆粒并且純度較低。氣相法可以很容易得到超細的氧化鋅納米粉體，但是其儀器復雜，工藝復雜，成本較高。相比上述兩種方法，液相法具有原料易得、化學組分可控、儀器簡單、所制備納米顆粒粒度分布均勻等特點，已經(jīng)逐步成為工業(yè)制備納米氧化鋅的首選。但大部分液相合成得到的納米氧化鋅為球形，表面缺陷多，為了能夠制備出結(jié)晶度較高且均勻分散的納米氧化鋅顆粒，依然需要對液相法進行不斷的改進和創(chuàng)新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對液相法制備納米氧化鋅的不足之處，提供了一種花狀氧化鋅納米材料及其制備方法，該方法流程簡單，所得氧化鋅尺寸小，為納米級，且氧化鋅形貌特殊，為花狀，結(jié)晶度高、表面缺陷少。
[0005]本發(fā)明具體技術(shù)方案如下:
一種花狀氧化鋅納米材料，其特征是:氧化鋅呈花狀形貌，花狀氧化鋅為單晶結(jié)構(gòu)，尺寸為15~100 nm。
[0006]上述花狀氧化鋅納米材料中，所述花狀氧化鋅的花瓣表面缺陷少，納米片狀花瓣均位于同一平面內(nèi)。
[0007]上述花狀氧化鋅納米材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將鋅源加入油胺中，再加入醇，攪拌得透明溶液；
(2)將步驟(1)的溶液在惰性氣體保護下加熱到120°C，保溫至溶液中的水分完全蒸發(fā)，然后升溫至150-300°C，進行反應；
(3 )反應結(jié)束后，經(jīng)離心分離、洗滌，得花狀氧化鋅納米材料。
[0008]本發(fā)明反應機理是:先將溶液加熱到120°C，除去體系自帶或吸附的少量水，然后升溫使鋅源與油胺反應生成的氫氧化鋅在高溫條件下迅速分解成氧化鋅晶核，氧化鋅晶核聚集，繼續(xù)加熱，晶核長大形成花狀氧化鋅納米顆粒。[0009]上述制備方法中，所述鋅源為醋酸鋅和乙酰丙酮鋅。
[0010]上述制備方法中，鋅源在步驟(1)溶液中的濃度為0.0廣0.1 Mo在此范圍內(nèi)，鋅源的濃度越大花狀氧化鋅各花瓣的粒徑越大，花瓣個數(shù)越少。
[0011]上述制備方法中，所用醇的碳原子數(shù)大于七才能形成花狀氧化鋅納米顆粒，所述醇優(yōu)選為正辛醇、異辛醇、仲辛醇、正癸醇、十一醇、十二醇或十三醇。
[0012]上述制備方法中，步驟(1)中，油胺和醇的體積比為1:0.5~2。在此范圍內(nèi)，油胺與醇的比值越大，花狀氧化鋅納米顆粒的花瓣個數(shù)越多。 [0013]上述制備方法中，步驟(2)中，升溫至150-300°C后反應5飛O分鐘。在此范圍內(nèi)，反應溫度越高，花狀氧化鋅納米顆粒的花瓣數(shù)目越少。
[0014]本發(fā)明的納米氧化鋅產(chǎn)物形貌為花狀，結(jié)晶度高，分散性好，表面缺陷少，克服了球形納米氧化鋅材料表面缺陷多的缺點，在新能源領(lǐng)域有廣泛的應用。本發(fā)明采用油胺與鋅鹽反應得到氫氧化鋅進而分解得到氧化鋅，同時油胺還可以使金屬氧化物表面鈍化，有效控制了納米氧化鋅的顆粒大小。本發(fā)明方法工藝流程簡單，可以得到結(jié)晶性良好的花狀納米氧化鋅，同時該方法可以有效地將氧化鋅納米花控制在100 nm以內(nèi)，形貌可控，尺寸可調(diào)，表面缺陷少，均勻分散，優(yōu)于大部分的液相法所制備的產(chǎn)品，對其它納米氧化物材料的制備可以起到借鑒作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例1合成的氧化鋅納米花的X射線衍射(XRD)圖譜。
[0016]圖2為本發(fā)明實施例2合成的氧化鋅納米花的透射電鏡(TEM)照片。
[0017]圖3為本發(fā)明實施例8合成的氧化鋅納米花的透射電鏡(TEM)照片。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例對本發(fā)明進行進一步的闡述，應該明白的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。
[0019]實施例1
1.1稱取0.1098 g 二水合醋酸鋅加入到4 mL油胺中，再加入6 mL正辛醇，攪拌至澄
清；
1.2 繼續(xù)攪拌，通氮氣保護，同時將上述溶液緩慢加熱至120 °C，將反應體系中的水分蒸發(fā)掉；
1.3繼續(xù)將溫度升高至180 V，反應20分鐘；
1.4反應結(jié)束后，向反應溶液中加入10 mL的正己烷，攪拌均勻，再加入10 mL的乙醇之后離心分離，將上述過程重復三次后得到氧化鋅納米花顆粒。納米花顆粒的直徑為30-50nm。將所得納米花狀顆粒分散到正己烷中，產(chǎn)品分散性好，不易團聚。
[0020]圖1是所得廣品的XRD圖，從圖中可以看出，所得廣品為氧化鋒，為單晶，且結(jié)晶度聞。
[0021]實施例2
2.1稱取0.0219 g 二水合醋酸鋅加入到4 mL油胺中，再加入6 mL異辛醇，攪拌至澄
清；2.2繼續(xù)攪拌，通氮氣保護，同時將上述溶液緩慢加熱至120 °C，將反應體系中的水分蒸發(fā)掉；
2.3繼續(xù)將溫度升高至170 V,反應60分鐘；
2.4反應結(jié)束后，向反應溶液中加入10 mL正己烷，攪拌均勻，再加入10 mL乙醇之后離心分離，將上述過程重復三次后得到氧化鋅納米花顆粒。
[0022]圖2為所得產(chǎn)品的TEM照片，從圖中可以看出，產(chǎn)品呈花狀，每朵花的花瓣數(shù)目有多有少，花瓣表面缺陷少，且花呈平面狀，每朵花的花瓣都位于同一平面內(nèi)，每個納米花顆粒的直徑在30~50 nm范圍。
[0023]實施例3
3.1稱取0.1537 g乙酰丙酮鋅加入到5 mL油胺中，再加入5 mL正癸醇，攪拌至澄清； 3.2繼續(xù)攪拌，通氮氣保護，同時將上述溶液緩慢加熱至120 °C，將反應體系中水分蒸
發(fā)掉；
3.3繼續(xù)將溫度升高至150 V，反應20分鐘；
3.4反應結(jié)束后，向反應體系中加入10 mL正己烷，攪拌均勻，再加入10 mL乙醇之后離心分離，將上述過程重復三次后得到氧化鋅納米花顆粒。納米花顆粒的直徑為15-20 nm。
[0024]實施例4
4.1稱取0.1054 g 二水合醋酸鋅加入到8 mL油胺中，再加入4 mL仲辛醇，攪拌至澄
清；
4.2繼續(xù)攪拌，通氮氣保護，同時將上述溶液緩慢加熱至120 °C，將反應體系中的水分蒸發(fā)掉；
4.3繼續(xù)將溫度升高至170 V，反應40分鐘；
4.4反應結(jié)束后，向反應體系中加入12 mL正己烷，攪拌均勻，再加入12 mL乙醇后離心分離，將上述過程重復三次后得到氧化鋅納米花顆粒。納米花顆粒的直徑為3(T40 nm。
[0025]實施例5
5.1稱取0.1317 g 二水合醋酸鋅加入到4 mL油胺中，再加入6 mL 十一醇，攪拌至澄
清；
5.2繼續(xù)攪拌，通氮氣保護，同時將上述溶液緩慢加熱至120 °C，將反應體系中的水分蒸發(fā)掉；
5.3繼續(xù)將溫度升高至210 V,反應15分鐘；
5.4反應結(jié)束后，向反應體系中加入10 mL正己烷，攪拌均勻，再加入10 mL乙醇后離心分離，將上述過程重復三次后得到氧化鋅納米花顆粒。納米花顆粒的直徑為3(T60 nm。
[0026]實施例6
6.1稱取0.2107 g 二水合醋酸鋅加入到4 mL油胺中，再加入8 mL十二醇，攪拌至澄
清；
6.2繼續(xù)攪拌，通氮氣保護，同時將上述溶液緩慢加熱至120 °C，將反應體系中的水分蒸發(fā)掉；
6.3繼續(xù)將反應溫度升高至230 °C，反應5分鐘；
6.4反應結(jié)束后，向反應體系中加入12 mL正己烷，攪拌均勻，再加入12 mL乙醇后離心分離，將上述過程重復三次后得到氧化鋅納米花顆粒。納米花顆粒的直徑為5(T60 nm。[0027]實施例7
7.1稱取0.1207 g 二水合醋酸鋅加入到5 mL油胺中，再加入6 mL十三醇，攪拌至澄
清；
7.2繼續(xù)攪拌，通氮氣保護，同時將上述溶液緩慢加熱至120 °C，將反應體系中的水分蒸發(fā)掉；
7.3繼續(xù)將反應溫度升高至190 V，反應10分鐘；
7.4反應結(jié)束后，向反應體系中加入11 mL正己烷，攪拌均勻，再加入11 mL乙醇后離心分離，將上述過程重復三次后得到氧化鋅納米花顆粒。納米花顆粒的直徑為2(T30 nm。
[0028]實施例8
8.1稱取0.0988 g 二水合醋酸鋅加入到3 mL油胺中，再加入6 mL正辛醇，攪拌至澄
清；
8.2繼續(xù)攪拌，通氮氣保護，同時將上述溶液緩慢加熱至120 °C，將反應體系中的水分蒸發(fā)掉；
8.3繼續(xù)將反應溫度升高至300 V，反應15分鐘；
8.4反應結(jié)束后，向反應體系中加入9 mL正己烷，攪拌均勻，再加入9 mL乙醇后離心分離，將上述過程重復三次后得到氧化鋅納米花顆粒。所得產(chǎn)品TEM照片如圖3所示，納米花顆粒的直徑為90-100 nm。`
[0029]對比例
1.1 稱取0.1098 g 二水合醋酸鋅入到4 mL油酸中，再加入6 mL正己醇，攪拌至澄
清；
1.2 繼續(xù)攪拌，通氮氣保護，同時將上述溶液緩慢加熱至120 °C，將反應體系中的水分蒸發(fā)掉；
1.3繼續(xù)將溫度升高至180 V，反應20分鐘；
1.4反應結(jié)束后，向反應溶液中加入10 mL的正己烷，攪拌均勻，再加入10 mL的乙醇之后離心分離，沒有氧化鋅生成。
【權(quán)利要求】
1.一種花狀氧化鋅納米材料，其特征是:氧化鋅呈花狀形貌，花狀氧化鋅為單晶結(jié)構(gòu)，尺寸為15~100 nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花狀氧化鋅納米材料，其特征是:所述花狀氧化鋅的花瓣表面缺陷少，納米片狀花瓣位于同一平面內(nèi)。
3.一種花狀氧化鋅納米材料的制備方法，其特征是包括以下步驟: (1)將鋅源加入油胺中，再加入醇，攪拌得透明溶液； (2)將步驟(1)的溶液在惰性氣體保護下加熱到120°C，保溫至溶液中的水分完全蒸發(fā)，然后升溫至150-30(TC，進行反應； (3)反應結(jié)束后，經(jīng)離心分離、洗滌，得花狀氧化鋅納米材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是:所述鋅源為醋酸鋅和乙酰丙酮鋅。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征是:鋅源在步驟(1)溶液中的濃度為0.01 ~0.1 Mo
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是:所述醇為正辛醇、異辛醇、仲辛醇、正癸醇、十一醇、十二醇或十三醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的制備方法，其特征是:步驟(1)中，油胺和醇的體積比為1: 0.5 ~2。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是:步驟(2)中，升溫至150-300°C后反應5^60分鐘。
【文檔編號】B82Y40/00GK103864137SQ201410099764
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】楊萍, 張莎, 車全德 申請人:濟南大學