[发明专利]一种高比表面积介孔纳米片状氧化锌粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体功能材料领域，具体涉及一种介孔纳米片状氧化锌粉体的制备方法。

背景技术

多孔金属氧化物半导体材料吸附能力大，能够与原子、离子和/或分子在很大的接触面积上相互作用，特别是在用作催化剂时能够通过最小化光子吸收点和电子/空穴氧化还原反应之间的距离而达到提高效率的目的，因此引起了各领域尤其是生物工程、光催化等领域研究者的广泛关注。

作为一种重要的半导体材料，氧化锌（ZnO）的应用极为广泛，

涉及功能器件、纳米结构变阻器、紫外吸收剂、气相传感器、色素增感太阳能电池、压电器件、发光二极管、场发射平面直角显示器、光二极管等多个领域。而最近，由于在优化性能的色素增感太阳能电池、氢存储、催化、和二次电池等方面表现出了突出的应用前景，多孔氧化锌纳米材料成为了一个研究热点。目前，已有很有关于控制合成多孔氧化锌纳米材料的报道。模板法在其中占了很大比例。例如，K.Kurumada使用羟甲基丙烯酸乙酯(HEMA)和乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)复合聚合物胶体为模板，采用电化学沉淀法得到了纳米尺寸多孔氧化锌（比表面积S_BET≈65-115m²/g）；Fen Xu使用表面修饰的胶状氧化锌纳米晶作为构建模块和P-123共聚物为模板，在水溶液中通过自组装方法得到了多孔氧化锌纳米材料（比表面积S_BET≈45m²/g）；Sebastian Polarz利用介孔碳的外延模板法得到了有序排列的氧化锌介孔材料（比表面积S_BET≈200m²/g）；Chunmei Yang利用二水醋酸锌在LiOH-酒精溶液中的原位水解，同时结合介孔前驱物（Octadcylamine,Pluronic F-127,Pluronic P-123）在600℃进行5小时模板退火，成功制备了介孔氧化锌材料(比表面积S_BET≈69-100m²/g)；等等。此外，非模板法也有一些报道，例如Aihua，Lei通过水热合成微球形碱式碳酸锌前驱物[Zn₄(CO₃)(OH)₆]，热分解后成功得到了由多孔纳米片组装的具有分级构造氧化锌微球（比表面积S_BET≈39.6m²/g）。

然而研究证实，现有制备工艺仍然存在一些不足，在获取更高比表面积的多孔氧化锌上仍面临着艰巨的挑战。对此，本发明提供一种高比表面积介孔纳米片状氧化锌粉体的制备方法，通过对反应原料的选择和工艺参数的优化，所得产物具有很高的比表面积，且该方法未引入任何模板，不存在后期除去模板的高温退火等问题，合成步骤简单、能耗和成本低、环境友好。

发明内容

为克服现有制备方法中的不足，本发明公开了一种高比表面积介孔纳米片状氧化锌粉体的制备方法，包括：首先通过硝酸锌与环六亚甲基四胺在水溶液中经低温化学浴沉淀法合成前驱物碱式硝酸锌Zn₃(OH)₄(NO₃)₂纳米片，然后经热分解反应制得介孔纳米片状氧化锌粉体材料。该方法制得的产物在比表面积方面优势显著（达到280m²/g以上），整个过程无需引入任何模板，避免了后期去除模板工艺，保证了产品纯度，并且步骤简单，成本和能耗低，环境友好。

具体而言，一种高比表面积介孔纳米片状氧化锌粉体的制备方法，包含以下步骤：

1）前驱物碱式硝酸锌Zn₃(OH)₄(NO₃)₂纳米片的制备

配置硝酸锌和环六亚甲基四胺的混合水溶液，其中Zn²⁺的浓度范围为0.01-2mol/L，硝酸锌与环六亚甲基四胺的摩尔比为0.2-3:1；将配置好的溶液置于可密封的反应容器中，溶液体积占容器容积的60%-90%；密封容器后放入烘箱中静置反应，反应温度80-140℃，反应时间6小时-7天；反应结束后取出反应容器，冷却后将溶液过滤，清洗并干燥后得到白色的碱式硝酸锌Zn₃(OH)₄(NO₃)₂粉体；

2）介孔纳米片状氧化锌粉体的制备