[发明专利]一种采用双氧水调控氧化锌晶体微结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料技术领域，涉及一种采用双氧水调控氧化锌晶体微结构的方法。

背景技术

在室温下氧化锌为六方纤锌矿结构，具有较大的禁带宽度（3.37eV）和激子束缚能（60meV），是一种优异的半导体材料。纳米氧化锌由于具有表面效应、尺寸效应等纳米效应而展现出其它传统材料无法比拟的性能，在光学、电学、磁学、力学等方面表现出与宏观尺度材料大不相同的特性，其在太阳能电池、光致发光、光催化降解、紫外线屏蔽、声电器件、气敏陶瓷等领域有着重大的应用价值，成为国内外研究的热点。氧化锌的性能决定于其尺寸、形貌及制备工艺，因而其微结构的研究与控制也是纳米氧化锌研究领域的一个重要内容。

现有的纳米氧化锌的制备方法及设备，该方法采用化学气相沉积技术，先将金属锌或锌的氧化物在金属熔化室中进行感应加热，被加热物熔化后，引入燃烧火焰燃烧，收集燃烧所得氧化物冷却后即得纳米氧化锌粉体。该方法需要较昂贵的专用设备，且氧化锌的尺寸与形貌不易控制，产物不均。

现有的纳米氧化锌的制备方法，该方法采用水热合成方法，先将脂肪醇和醋酸锌配制成混合溶液，再在80～300℃下反应2～48h，洗涤、分离后即得纳米氧化锌粉体，该方法需要甲醇、乙二醇、丙三醇等有机添加剂，对环境不利，且所得产物尺寸与形貌不均。

现有的纳米氧化锌的制备方法，该方法在碳酸氢铵溶液中依次加入十二烷基硫酸钠和氯化锌，将反应后所得的白色沉淀物洗涤、分离、干燥后得到前驱体，将所得前驱体在管式炉中煅烧即得纳米氧化锌，该方法需采用有机添加剂，煅烧后会产生有害气体，对环境有害，且所得产物形貌与尺寸不均。

现有的氧化锌纳米线的制备方法，该方法先采用碳酸盐或碳酸氢盐作沉淀剂制备碱式碳酸锌，再将聚乙二醇加入碱式碳酸锌溶液中并在180～220℃下反应5～24h，洗涤、分离所得沉淀物即得氧化锌纳米线，该方法所得产物尺寸不均，且需采用聚乙二醇为添加剂，对环保不利。

以上所述的方法中，棒形氧化锌的合成主要采用一步合成方法，其所得到的ZnO形貌与尺寸的一致性和均匀性不易控制，且需要有机添加剂或特殊合成方法，易造成工艺可靠性不易保证以及环境污染等问题，均不易于进行产业化技术转换。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用双氧水调控氧化锌晶体微结构的方法，解决了现有技术中的ZnO形貌与尺寸的一致性和均匀性不易控制，且需要有机添加剂或特殊合成方法，易造成工艺可靠性不易保证以及环境污染的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种采用双氧水调控氧化锌晶体微结构的方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤1、在室温下将微纳米尺度的氧化锌粉体加入到2～16mol/L的双氧水的水溶液中，摩尔比ZnO:H₂O₂=1:(20～200)，均匀搅拌30～60min，得到混合液；氧化锌粉体的直径为150～230nm，枝臂长度为800～1500nm，长径比为5～7；

步骤2、将上述混合液在密闭容器内恒温150～200℃下反应6～24h，冷却后所得沉淀经水洗涤、离心分离，在40～100℃干燥12～24h后，得到氧化锌晶体，即成。

本发明的有益效果是，

1）合成路线独特，制备工艺简捷，效率高。

2）不需要任何表面活性剂与修饰剂，对环境友好。

3）所得产物为一系列不同形貌与尺寸的氧化锌晶体。调控后的尺寸可以从微米尺度连续变化到纳米尺度，棒径变化范围从10nm～1.5μm，棒长变化范围从40nm～50μm，长径比变化范围3～30。

4）其光催化降解染料（甲基橙水溶液）性能随ZnO纳米晶的直径减小而急剧增加，在直径尺寸小于200nm的情况下，表现出强烈的纳米尺寸效应，其光催化速率常数是微米、亚微米尺寸的ZnO晶体在相同测试条件下的2～6倍左右，如图1所示。

5）其光致发光性能随ZnO纳米晶的直径尺寸减小而急剧增加，表现出明显的纳米尺寸效应，如图2所示。

附图说明

图1为本发明所得产物氧化锌的光催化降解速率-棒径变化曲线；

图2为本发明所得产物氧化锌的特征发射峰发光强度-棒径变化曲线；

图3为本发明所得产物氧化锌的棒径、棒长随氧化锌/双氧水的摩尔比变化曲线；

图4为各实例使用的初始氧化锌的扫描电镜SEM照片；

图5为本发明实施例1所得产物氧化锌的扫描电镜SEM照片；

图6为本发明实施例2所得产物氧化锌的扫描电镜SEM照片；