CN103991896A

CN103991896A - 一种球形氧化锌纳米材料的制备方法

Info

Publication number: CN103991896A
Application number: CN201410137792.7A
Authority: CN
Inventors: 郑建斌; 李洋; 盛庆林; 聂菲
Original assignee: Northwest University
Current assignee: Northwest University
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-08-20

Abstract

本发明公开了一种球形氧化锌纳米材料的制备方法，是将硝酸锌和六次甲基四胺溶于水，加入柠檬酸后调节溶液pH值6.0~7.0，在80-100℃反应，过滤、洗涤、干燥得到。本发明方法通过改变柠檬酸浓度即可实现对氧化锌形貌的有效调控，条件温和、原料易得、设备简单、工艺简洁、成本低廉，产品纯度高、分散性好。

Description

一种球形氧化锌纳米材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种球形氧化锌纳米材料的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

ZnO是一种重要的Ⅱ-Ⅳ族直接带隙宽禁带半导体材料，室温下能带带隙为3.37eV，是继GaN后短波半导体激光器件材料研究的热点。而当其尺寸达到纳米数量级时，与普通ZnO相比，纳米ZnO展现出许多优异和特殊的性能，如压电性能、近紫外发射、透明导电性、生物安全性和适应性等，使得其在压电材料、紫外光探测器、场效应管、表面声波、太阳能电池、气体传感器、生物传感器等领域拥有广阔的应用前景。ZnO纳米粉体的制备方法一直是研究热点，各种形貌、维数的ZnO纳米结构的制备和表征受到人们的极大关注。传统的固相法需要复杂设备、苛刻的制备条件，而液相合成是一种简单、快速、经济的合成纳米材料的方法。通常制备纳米ZnO的化学方法有沉淀法、溶胶凝胶法、水(溶剂)热法和微乳液法等。水热、溶剂热法反应条件相对温和、易于放大，污染小，溶剂热法需要大量的有机化学试剂。以水为溶剂的液相法反应温度低、反应条件易于控制、所得粉体纯度高、粒径小、均匀性好，在实际操作中应用广泛。

发明内容

本发明的目的是提供一种形貌可控、均匀性好、分散性好的球形氧化锌纳米材料的制备方法。

本发明实现过程如下：

一种球形氧化锌的制备方法，包括以下步骤：

（1）将摩尔比为1:1的硝酸锌和六次甲基四胺溶于水；

（2）向上述混合溶液中加入柠檬酸，其中柠檬酸的质量百分比浓度为0.25~0.5%，调节溶液pH值6.0~7.0，在80～100℃下反应，经洗涤、干燥得到球形氧化锌。

上述步骤（1）中，硝酸锌和六次甲基四胺的摩尔浓度为0.1~0.2mol/L。

上述步骤（2）中，柠檬酸的质量百分比浓度为0.25~0.35%，采用氢氧化钠或氢氧化钾调节溶液pH值。

本发明的优点和积极效果：通过改变柠檬酸浓度即可实现球形ZnO纳米材料的制备，方法简单；本发明制备的球形ZnO纳米材料纯度高，分散性好；反应温度低，降低了能耗和生产成本；使用水为溶剂，无毒的柠檬酸为表面活性剂，环境友好、生产安全，操作环境要求简单；原料易得、设备简单、工艺简洁、成本低廉、易于工业化生产。

附图说明

图1为实施例1制备的样品的XRD图谱；

图2为实施例2制备的样品的EDS图谱；

图3为实施例3制备的样品的EDS图谱；

图4为实施例4制备的样品的XRD图谱；

图5为实施例1、2、3、4制备的样品的SEM图。

具体实施方式

以下通过实施例详细描述本发明的实现过程。制备得到的氧化锌纳米粉体的相组成采用日本理学公司D/MAX-3CX衍射仪分析，其微观形貌由日本电子公司JSM-6700F型扫描电镜观察。

实施例1

称取1.4g六次甲基四胺(CH₂)₆N₄和 2.9g Zn(NO₃)₂· 6H₂O溶于100mL去离子水，用氢氧化钠调节pH值6.5，90℃下反应2小时得到氧化锌纳米粉体，记为样品1，其粉末衍射图见图1，扫描电镜照片见图5。

实施例2

与实施例1类似，不同之处在于，向六次甲基四胺和硝酸锌的混合溶液中加入了0.1g柠檬酸，用氢氧化钠调节pH值6.2，90℃反应2小时得到氧化锌纳米粉体，记为样品2，其EDS图谱见图2，扫描电镜照片见图5。

实施例3

与实施例2类似，不同之处在于柠檬酸的加入量为0.2g，所得氧化锌粉体记为样品3，其EDS图谱见图3，扫描电镜照片见图5。

实施例4

与实施例3类似，不同之处在于柠檬酸的加入量为0.3g，所得氧化锌粉体记为样品4，其粉末衍射图见图4，扫描电镜照片见图5。

从图1、4可以看出，图中的所有衍射峰与氧化锌的标准卡片(JPCDS 16-3451)上的所有衍射峰一致，证明产物为氧化锌。图1中衍射峰强度高，峰形尖锐，为典型的纤锌矿。图4中，101晶面的衍射峰强度降低，100和110晶面出现裂分，说明柠檬酸可以有效限制氧化锌纵向的生长。从图2和图3的EDS图谱可以看出，样品2和样品3的组成只有O和Zn元素，说明产物为氧化锌。从图5的SEM照片可以看出，在无柠檬酸的情况下，所得的ZnO纳米材料生长成六棱柱状，是典型的纤锌矿；加入柠檬酸后，ZnO的形貌发生变化，柠檬酸溶液的质量分数浓度为0.1%时，出现了片层结构的ZnO，柠檬酸的质量分数浓度增大为0.2%时，产物中出现了球状ZnO结构。当柠檬酸的质量分数浓度达到0.3%时，产物中的氧化锌全部形成球状结构。经过反复实验，发现柠檬酸的浓度影响产物的形貌，当其质量百分比浓度为0.25～0.5%时，可得到球状结构。

Claims

1.一种球形氧化锌的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将摩尔比为1:1的硝酸锌和六次甲基四胺溶于水；

2.根据权利要求1所述的球形氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，硝酸锌和六次甲基四胺的摩尔浓度为0.1~0.2mol/L。

3.根据权利要求1所述的球形氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，柠檬酸的质量百分比浓度为0.25~0.35%。

4.根据权利要求1所述的球形氧化锌的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，采用氢氧化钠或氢氧化钾调节溶液pH值。