[发明专利]一种氧化锌空心球的低温合成方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料领域，涉及一种低温合成氧化锌空心球的制备方法。

背景技术

自1991年发现碳纳米管以来，低维纳米材料(如线状、带状、棒状和空心球状等)由于其本身的独特性质和在纳米器件中的潜在应用而倍受人们的关注。氧化锌(ZnO)是一种重要的光电半导体材料，在室温下具有较宽的禁带宽度(3.137eV)和较大的激子束缚能(60meV)，被广泛的应用于光电二极管、气体传感器、压敏电阻和光电探测器，特别是ZnO纳米结构的室温紫外光发射现象的发现，使ZnO再次成为短波半导体激光器件材料研究的热点，其中，氧化锌空心球因其具有高比表面积、高吸附率以及空心结构双重散射等性质，使其在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口、光波导器、单色场发射显示器、高频压电转换器、微传感器、隔热涂层、光致发光、燃料敏化电池电极、微型反应器、催化领域方面具有广泛的用途，而且空心球还可以用于微型反应器，但低温一步制备氧化锌空心球的方法却鲜有报道。

寇华敏等人报道了一种制备氧化锌空心球的方法：以锌粉为初始原料，以湿化学方法为基础。制备过程中空心球的形成主要分为包裹和煅烧两个阶段：首先在液相中形成Zn(OH)₂包裹Zn的复合粒子；然后通过在600～900℃煅烧这种具有包裹结构的复合粒子而最终形成氧化锌空心球(寇华敏；王静；潘裕柏；郭景坤，CN170677)。曹茂盛等人采用蒸气氧化法合成氧化锌空心球：以Zn粉为原料，先将石英管插入水平安放好的管式炉中，然后将管式炉升温至940～980℃，保温至达到稳定的温度。然后将平铺一薄层Zn粉的小石英舟推入石英管炉膛的位置，使Zn粉在受热条件下形成Zn蒸气。保温1～3min后，将石英舟平稳匀速拉动，10～20s后将石英舟拉出石英管，得到白色的氧化锌空心球(曹茂盛；王大伟；袁杰；张德庆；CN101665264)。培生等人采用激光照射表面活性剂溶液中的锌片和液相法，制得纳米氧化锌空心球(刘培生；曾海波；蔡伟平CN101530921)。

综上所述，目前所报道的氧化锌空心球合成方法大多需要高温煅烧或者激光照射等比较苛刻的条件。在较低温度(低于100摄氏度)一步合成结晶性良好的氧化锌空心球还未见报道。本发明与上述方法相比具有制备方法简单、条件温和、制得空心球形貌可控适于大规模生产等特点。制得的氧化锌空心球可以应用于透明导体、发光元件、太阳能电池窗口、光波导器、单色场发射显示器、高频压电转换器、微传感器、隔热涂层、光致发光、燃料敏化电池电极、微型反应器、催化领域方面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化锌空心球的制备方法，该方法可在低温下一步合成结晶性氧化锌空心球，以克服现有技术的不足。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种结晶性良好的氧化锌空心球的制备方法，包括如下步骤：

1)配置摩尔浓度为0.001-1mol/L的锌盐水溶液；优选锌盐水溶液的摩尔浓度为0.01mol/L-1mol/L；

2)往步骤1)所得的溶液中加入六次甲基四胺和分散剂混合均匀，用氨水调节pH值7-12；

3)将步骤2)所得的液体于60-95℃下保温0.5-10小时；

4)将步骤3)所得的产物经离心、洗涤、干燥，得到结晶相氧化锌空心球。

较佳的，所述步骤1)中的锌盐水溶液为可溶性锌盐的水溶液，如氯化锌、硫酸锌或醋酸锌等的水溶液。

较佳的，所述步骤2)中的分散剂可以是CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、PAM-PAA(聚丙烯酰胺-丙烯酸，其重均分子量为200000)或PVP(聚乙烯吡咯烷酮，其重均分子量范围为5800-13000)中的一种或多种。

较佳的，所述步骤2)中，往步骤1)所得的溶液中加入六次甲基四胺和分散剂后所得溶液中：六次甲基四胺的摩尔浓度为0.01mol/L-0.1mol/L，分散剂的摩尔浓度为0.01mol/L-0.1mol/L。

所述步骤4)中，洗涤过程为采用去离子水洗涤；干燥过程可采用本领域内的常规方式进行，如烘箱内40℃干燥6h。

本发明还提供了一种采用上述制备方法获得的结晶性良好的氧化锌空心球。