[发明专利]一种纳米片组装的多孔ZnO三维超结构合成方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及一种纳米片组装的多孔ZnO三维超结构的合成方法。

背景技术

无机微/纳米超结构的成分、尺寸、形貌和结构等对其性能有着十分重要的影响，探索它们之间的关系已经成为现代微/纳米材料领域研究的热点。传统材料 ZnO 的研究也非常广泛，多种方法已经用于ZnO 分级纳米结构的制备，如液相法、加热回流、水热合成、化学气相沉积、溶剂热、电化学沉积等。

液相法合成条件温和、简单、经济、产量高，广泛的用于制备不同形貌的 ZnO 分级纳米结构。如Shi等利用太阳光照射 Zn(NO₃)₂ 与 NaOH 混合液中Zn箔，成功的制备了长有几微米、外径低于 1 μm 的 ZnO 分级结构，分级结构的分支是由直径为 30-50 nm、长度约为 300 nm、紧密堆积剑形棒组成。纳米棒组合出三种形貌，一是棒束组成的花，每一棒束都是由剑形棒平行堆积组成的，棒束呈放射状排布，方向指向花形的中心；二是树形分级结构，以一根棱柱结构的棒为中心、其余的棒是这根棒的分支，生长方向为 {0001} 面；三是纳米棒分级结构，这一分级结构的截面为三角形；该方法的特点是，在一步合成过程中，得到了三种分级结构，这三种结构的组成单元相同。

Yue 等采用 120℃ 下加热回流的方法，在没有催化剂、有机添加剂与模板的情况下，制备了 ZnO 纳米线纳米片组装成的分级结构，花形分级结构的直径约为 3-5 μm、棒的尺寸为 300-800 nm、棒上的纳米片的厚度为 4-5 nm；这种结构的特点是，分级结构为花形，花形主体由亚微米棒组成，每个棒上都有几圈呈阶梯状分布的纳米片，而且纳米棒单晶的生长方向是{0001}面、纳米片圈是非晶结构的。

Li 等采用水热合成技术，在不使用催化剂与模板的情况下，处理 Zn 箔与水合肼的溶液，制备了具有双边梳形的 ZnO 分级结构，其长度十几微米、宽度约 1.0 μm，双边梳形的中间是纳米棒，棒的直径 ~50 nm、长度有十几微米，组成梳形分支的纳米棒相互平行排列，长度约为 ~300 nm、直径 ~70 nm。双边梳形 ZnO 分级结构对罗丹名B有较好的催化效果。

Liu 等通过在反应釜中，处理含有十二烷基磺酸钠的有机无机混合溶剂，制备了直径约 400 nm 的棒形分级结构，棒的表面长满长度约 80 nm、直径约 20 nm 刺一样的纳米结构，这些刺全都向一个方向倾斜；该分级结构是单晶结构、表面积很大，表现出良好的气敏性能与光学性质；此外，通过改变热处理温度还可以将表面刺变为片状结构。

Kar 等利用溶剂热技术，在 170℃ 下反应、Zn 箔上会得到纤锌矿型 ZnO 纳米管阵列，管的长度为 ~500 nm，管壁厚 ~ 80-120 nm；在 200℃ 下反应，不仅有纤锌矿型 ZnO 纳米管、而且管末端会长出丝状的纳米线，纳米线的长度约为 500 nm、直径为 ~ 12-15 nm。

Yin 等以羟甲基纤维素钠盐的二元共聚物为修饰剂，采用水热合成技术，在 120℃下，成功的合成了空心双笼状 ZnO 纳米棒分级结构。空心笼的有几微米大小，是由长度为 500-1000 nm、直径在 50-100 nm 的纳米棒围成的；通过改变水热反应时间、反应温度、反应物浓度等实验参数，可以让双笼的中间部分断开或继续连接，从而得到单笼、双笼、三笼以及通过中间部位连接的多笼结构。

然而，上述合成方法得到的超结构的尺寸较小或需要借助模板，制作方法复杂，因此需要一种比较简便可以合成大尺寸的超结构材料。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明目的在于提供一种纳米片组装的多孔ZnO三维超结构合成方法。本发明的技术方案如下：

一种纳米片组装的多孔ZnO三维超结构合成方法，其特征在于，包含：

步骤1：用氨水和锌盐分别配制氨水与锌离子前驱体溶液，获得适于ZnO三维超结构生长的反应溶液；

步骤 2：搅拌锌离子前驱体溶液，将该氨水前驱体溶液置于分液漏斗中滴加到锌离子前驱体溶液中，完全加入后继续搅拌，静止、得到白色沉淀；

步骤3：通过抽滤分离得到的白色沉淀，用蒸馏水、乙醇洗涤后，置于60~90℃恒温鼓风干燥箱中烘干，完全干燥后，取出磨细，得到白色粉末；