CN100420632C - 一种氧化锌纳微别针的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备纳微别针形态的氧化锌的方法，将醋酸锌溶解在乙二醇中形成2-15毫摩尔浓度溶液，反应过程采用磁力搅拌，反应温度130-200℃，时间30-120分钟；反应生成物采用离心法分离；再使用清洗剂清洗分离物3-5次，即获得氧化锌纳微别针样品。清洗剂是甲醇、乙醇、丙醇、水或它们的混合液。获得的样品可以在乙醇中保存，也可以烘干获得粉末样品，还可经退火获得高结晶度的粉末样品。本发明成功制备了具有良好单分散性和特殊形态的氧化锌纳微别针，该工艺合成温度低、工艺简单，产物纯度高，别针由5-15纳米晶组成，长度在1-3μm之间，具有较高的比表面积，易于工业化生产。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种化学合成方法，具体的说是一种呈纳微别针形态的氧化锌合成方法。
二、背景技术
纳米材料被誉为是“21世纪最有前途的材料”，已成为当今材料领域研究的热点。其中纳米氧化锌又是近年来开发出的一种新型多功能、多用途、高性能的精细产品，在很多场合下扮演着一种不可替代型功能材料的角色，市场需求量也随之增长。这主要是因为纳米氧化锌(1-100nm)的粒子尺寸小，比表面积大，具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应，因而纳米氧化锌在磁、光、电、热、敏感等方面有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能，具有一系列优异的物理、化学性能，在橡胶、纺织、日用化工、精细陶瓷、紫外线屏蔽、压电材料、光电材料、高效催化材料、磁性材料、传感器和吸波材料等众多方面有着广泛的应用，其应用开发前景十分广阔。目前多种形态的纳米或微米氧化锌的单晶或多晶已被合成出来，包括纳米棒、纳米线、纳米管、纳米八面体、纳(微)球等，然而尚未发现有纳微别针形态的氧化锌合成。
二、发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备具有良好单分散性和呈纳微别针这一特殊形态的氧化锌的工艺方法。
本发明所述的氧化锌纳微别针的合成方法，其特征在于它包括以下步骤：
1)将醋酸锌溶解在乙二醇中形成2-15毫摩尔浓度溶液，在密闭的玻璃瓶中或在敞口水冷回流的玻璃瓶中进行反应，反应过程中采用磁力搅拌，反应温度为130-200℃，反应时间为30-120分钟；
2)反应生成物采用离心法分离得到分离物；
3)使用清洗剂清洗分离物3-5次，即可获得氧化锌纳微别针样品。
上述步骤3)中的清洗剂是甲醇或者乙醇或者丙醇或者水或者甲醇、乙醇、丙醇和水的混合液。
上述步骤3)获得的氧化锌纳微别针样品可以分散在乙醇中保存，也可以在60-100℃下烘干，获得氧化锌纳微别针粉末样品。还可在300-600℃退火1-2小时，获得高结晶度的氧化锌纳微别针粉末样品。
本发明成功制备了具有良好单分散性和特殊形态的氧化锌纳微别针。这种溶液法工艺的合成温度低、工艺简单，合成产物纯度高，别针是由5-15纳米晶组成，长度在1-3μm之间，具有较高的比表面积，易于工业化生产，在精细陶瓷、紫外线屏蔽、压电材料、光电材料、高效催化材料、磁性材料、传感器和吸波材料等领域具有重要的应用前景。
四、附图说明
图1、氧化锌纳微别针的形貌。溶液反应完成经清洗分离后获得的保存在乙醇中的氧化锌的SEM(a)和HRTEM(b)照片；高温(300℃)热处理后，氧化锌的SEM(c)和HRTEM(d)照片。
图2、氧化锌纳微别针的X射线衍射结果。60-100℃下烘干，获得氧化锌纳微别针粉末样品的XRD图谱(a)；400℃，1小时退火后，氧化锌纳微别针粉末样品的XRD图谱(b)。
五、具体实施方式
实施例1：将醋酸锌溶解在乙二醇中形成10毫摩尔浓度的溶液，将溶液在密闭的玻璃瓶中进行反应，反应温度为170℃，同时磁力搅拌，反应开始后约10分钟，溶液由澄清变为白色浑浊液。反应持续120分钟后，结束反应。将反应生成物采用离心法(2000-3000rpm)分离得到分离物；使用甲醇作为清洗剂清洗分离物3-5次，即可获得氧化锌纳微别针样品。之后将样品分散在乙醇中保存。
实施例2：将醋酸锌溶解在乙二醇中形成2毫摩尔浓度的溶液，将溶液在敞口水冷回流的玻璃瓶中进行反应，反应温度为180℃，同时磁力搅拌，反应开始后约7分钟，溶液由澄清变为白色浑浊液。反应持续60分钟后，结束反应。反应生成物采用离心法(2000-3000rpm)分离得到分离物；使用乙醇作为清洗剂清洗分离物3-5次，即可获得氧化锌纳微别针样品。将获得的样品在60-100℃下烘干，获得氧化锌纳微别针粉末样品。
实施例3：将醋酸锌溶解在乙二醇中形成15毫摩尔浓度的溶液，将溶液在密闭的玻璃瓶中反应，反应温度为130℃，同时磁力搅拌，反应开始后约20分钟，溶液由澄清变为白色浑浊液。反应持续120分钟后，结束反应。反应生成物采用离心法(2000-3000rpm)分离得到分离物；使用丙醇作为清洗剂清洗分离物3-5次，即可获得氧化锌纳微别针样品。将获得的样品在300℃退火2小时，获得高结晶度的氧化锌纳微别针粉末样品。
实施例4：将醋酸锌溶解在乙二醇中形成10毫摩尔浓度的溶液，将溶液在密闭的玻璃瓶中反应，反应温度为200℃，同时磁力搅拌，反应开始后约5分钟，溶液由澄清变为白色浑浊液。反应持续30分钟后，结束反应。反应生成物采用离心法(2000-3000rpm)分离得到分离物；使用水作为清洗剂清洗分离物3-5次，即可获得氧化锌纳微别针样品。将获得的样品在600℃退火1小时，获得高结晶度的氧化锌纳微别针粉末样品。
实施例5：将醋酸锌溶解在乙二醇中形成5毫摩尔浓度的溶液，将溶液在密闭的玻璃瓶中反应，反应温度为150℃，同时磁力搅拌，反应开始后约16分钟，溶液由澄清变为白色浑浊液。反应持续120分钟后，结束反应。反应生成物采用离心法(2000-3000rpm)分离得到分离物；使用甲醇、乙醇、丙醇和水的混合液作为清洗剂清洗分离物3-5次，即可获得氧化锌纳微别针样品。将获得的样品60-100℃下烘干，获得氧化锌纳微别针粉末样品。
氧化锌纳微别针的表征
1.形貌表征
采用扫描电镜(SEM)、透射扫描电镜(TEM)和高分辨透射扫描电镜(HRTEM)进行了形貌、结构研究。图1给出了氧化锌纳微别针的形貌。图1a和图1b为溶液反应完成经清洗分离后获得的保存在乙醇中的氧化锌的SEM和HRTEM照片；图1c和图1d为高温(300℃)热处理后，氧化锌的SEM和HRTEM照片。可以看出，溶液反应后，就获得了氧化锌的纳微别针(图1a)，别针长度L在1-3μm之间，别针的间距S在50-100nm间，别针线本身的宽度W在10-30nm间。HRTEM照片(图1b)显示氧化锌已经基本结晶，为多晶结构，晶粒大小5-10nm，局部存在结晶不完整、缺陷较多的区域。
在300℃高温热处理后，氧化锌纳微别针的形态基本保持不变(图1c)，相应的HRTEM照片(图1d)显示氧化锌的结晶质量得到改善，晶粒大小仍在5-10nm左右。实验数据表明在300-600℃高温退火后，氧化锌纳微别针的形态基本保持不变，结晶质量得到改善。
2.结构表征
图2给出了氧化锌纳微别针的X射线衍射结果。图2a为反应后，60-100℃下烘干，获得氧化锌纳微别针粉末样品的XRD图谱。可以看出，反应后的氧化锌纳微别针已经基本结晶，XRD的衍射峰与氧化锌的标准谱图六方的闪锌矿结构有很好的对应，没有其它副相被发现。经过400℃，1小时退火后，图2b峰强明显增加，半峰宽变窄。依据图1高分辨电镜的结果，氧化锌纳微别针的形态没有明显变化，晶粒尺寸也没有明显的增大，因此XRD峰强的增加，半峰宽的变窄主要归因于纳米晶质量的改善，缺陷的减少，晶界有序度的提高。依据热重-差热的分析结果，400℃热处理后，氧化锌粉末样品有6％的失重，这意味着60-100℃下烘干的样品，里面可能还含有少量吸附水、乙二醇溶剂和少量的有机物。热处理除去了这些成分，改善了氧化锌纳微别针粉末样品的结晶质量，而且并没有破坏它的形态。
3.性能表征
将氧化锌纳微别针粉末样品进行比表面BET测定。在60-100℃下烘干的样品，其比表面积为23-40m2/g；在300-600℃热处理后的样品为20-35m2/g，显示出其具有较高的比表面积。通过光学透过率和激发光谱的测试表明，氧化锌纳微别针粉末具有较好的紫外线吸收能力和发光特性。
Claims (5)
1. 一种氧化锌纳微别针的合成方法，其特征在于它包括以下步骤：
1)将醋酸锌溶解在乙二醇中形成2-15毫摩尔浓度溶液，在密闭的玻璃瓶中或在敞口水冷回流的玻璃瓶中进行反应，反应过程中采用磁力搅拌，反应温度为130-200℃，反应时间为30-120分钟；
2)反应生成物采用离心法分离得到分离物；
3)使用清洗剂清洗分离物3-5次，即可获得氧化锌纳微别针样品。
2. 根据权利要求1所述的氧化锌纳微别针的合成方法，其特征在于步骤3)中的清洗剂是甲醇或者乙醇或者丙醇或者水或者甲醇、乙醇、丙醇和水的混合液。
3. 根据权利要求1或2所述的氧化锌纳微别针的合成方法，其特征在于将步骤3)获得的氧化锌纳微别针样品分散在乙醇中保存。
4. 根据权利要求1或2所述的氧化锌纳微别针的合成方法，其特征在于将步骤3)获得的氧化锌纳微别针样品在60-100℃下烘干，获得氧化锌纳微别针粉末样品。
5. 根据权利要求1或2所述的氧化锌纳微别针的合成方法，其特征在于将步骤3)获得的氧化锌纳微别针样品在300-600℃退火1-2小时，获得高结晶度的氧化锌纳微别针粉末样品。
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