[发明专利]ZnO-(SBA-15)纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ZnO-(SBA-15)纳米复合材料及其制备方法，属于无机功能材料、精细化工制造和无机合成化学技术领域。

背景技术

SBA-15分子筛是一种介孔材料，它的水热稳定性较好，且具有均一且可调的六方介孔孔道形貌，孔径调整范围为2～30nm，具有稳定的骨架结构，孔体积大，比表面积大，其硅羟基内表面易于修饰，因此，可以作为复合材料的主体，成为各种客体分子的理想载体。

在众多的纳米金属氧化物材料中，ZnO是用途十分广泛的功能材料。ZnO为直接带隙的宽禁带半导体材料，具有较强的紫外吸收和低阈值高效光电特性。由于ZnO的带隙宽、激子束缚能较大、透明度高，有优异的常温发光性能，在液晶显示器、隔热玻璃、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。粒子的超细化可以显著地改善ZnO的应用性能，这是由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加所致，与体材料ZnO相比表现出许多不同的性质，如表面效应、小尺寸效应和量子限域效应等，使得纳米ZnO在光学方面具有体材料ZnO产品不具备的性能。

ZnO与SiO₂的结合，对ZnO的发光性能产生影响。如现有技术将纳米ZnO粉末与纳米SiO₂粉末充分混合，发光强度增强，发光纯度提高，发射波长移动。

将纳米客体材料组装SBA-15分子筛中，即组装到该介孔材料的有序孔道里或是修饰在其表面上，在大幅度提高客体材料的掺入量的同时，避免客体材料的团聚，保持高度的分散状态，构成发光复合材料，使得客体材料如半导体发光材料的性能发生明显变化。

使被组装的客体材料的前驱体进入主体介孔孔道的现有技术包括离子交换、溶液浸渍、吸附、化学气相沉积(CVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、热扩散、前驱体原位合成等。这些方法有一个共同的缺点，那就是生产周期长，操作较为繁琐，有些方法对前驱体要求较为严格，受外界环境影响较大。而美国2008年一期的《J.Solid State Chem.》杂志刊载的一篇题为“Preparation and Characterization of(SBA-15)-La₂O₃ host-guest composite materials”的文章公开了一种微波固相法，将主体材料固体粉末与客体材料固体粉末混合，经微波处理，合成复合材料。该方法用来制备主-客体纳米复合材料不仅操作简单，而且效率也很高。但是，一则该方法仅仅用于La₂O₃与(SBA-15)分子筛的复合，二则该方法未能使主体材料与客体材料相互呈高度混合、高度分散状态，不利于客体材料向主体材料中组装，客体材料在主体材料中分布也不均匀，以至于相对较多的客体材料最终分布在主体材料的外表面上，降低主-客体复合材料的特性。

发明内容

为了将纳米ZnO快捷、大量地组装到SBA-15分子筛孔道中，分布均匀并保持高度分散状态，我们发明了一种ZnO-(SBA-15)纳米复合材料及其制备方法。

本发明之ZnO-(SBA-15)纳米复合材料主体为介孔材料SBA-15分子筛，其特征在于，客体为纳米ZnO，分布在SBA-15分子筛的孔道中，SBA-15分子筛具有介孔孔道形貌。

本发明之ZnO-(SBA-15)纳米复合材料制备方法是一种微波法，其特征在于，将SBA-15分子筛粉末与纳米ZnO粉末加液相介质混合，搅拌至液相混合状态，然后进行微波处理，获得ZnO-(SBA-15)纳米复合材料产物。

本发明之ZnO-(SBA-15)纳米复合材料其技术效果在于，客体材料为纳米ZnO，均匀分布在主体材料SBA-15分子筛的介孔孔道中，并呈高度分散状态。由于SBA-15分子筛孔道孔径尺寸在纳米数量级范围内，孔体积大，比表面积大，纳米ZnO粉末被大量组装到孔道中，纳米ZnO粉末颗粒依然处于纳米量级，未发生团聚，量子尺寸效应依然存在。ZnO-(SBA-15)纳米复合材料表现出与客体ZnO的源粉不同的发光特性，激发和发射光谱的出峰位置发生了明显的蓝移，同时，发光强度有所提高，部分干扰发光峰被屏蔽。使其成为一种新的半导体发光材料。