[发明专利]一种In2O3/ZnO异质结构纳米管及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及氧化物纳米管的制备，具体涉及一种In₂O₃/ZnO异质结构纳米管及其制备方法与应用，属于无机材料化学领域。

背景技术

由两种或两种以上的化学成分有效地结合而构建的纳米异质结构材料，由于异质界面的存在，具有多功能性，甚至全新的功能特性，并已经引起纳米材料在诸多领域的应用革命，例如在催化、光电器件、传感器等方面(参见：Adv.Mater.,2004,16,1151)。目前，人们已经报道了多种异质结构纳米材料，比如金属～金属异质结构、金属～聚合物异质结构、无机～无机半导体异质结构、无机半导体～金属异质结构、无机～有机半导体异质结构和半导体～碳纳米管异质结构等(参见：Nano Letters,2012,12,2888)。为达到纳米异质结构材料的可控制备，许多制备方法被提出并得以不断改进，包括化学气相沉积、受控固相反应和固反应、电化学沉积、模板法、静电纺丝技术等(参见：Chem.Rev.,2012,112,2833)。

静电纺丝技术始于上个世纪30年代，是制备纳米纤维的主要方法之一。由于操作工艺的简便性以及较广泛的适用性，近年来引起了人们的普遍重视。由于静电纺丝制备出的纳米纤维有着特殊的电学、磁学以及光学等方面的性质，因而在医药、工业、国防等方面具有巨大的应用潜力(参见：Adv.Mater.,2003,5,353)。到目前为止，人们已经成功合成了例如碳材料、陶瓷材料以及聚合物材料的纳米纤维。但现有的静电纺丝技术往往只能制得实心的纳米纤维而非纳米管状材料(参见：J.Phys.Chem.C2011，115，362)，如CN101905974、CN102251305。

此外，CN103334179也报道了一种制备中空结构氧化铟纳米纤维的方法，该方法采用聚偏氟乙烯纳米纤维为模版，通过烧结工艺，制得中空结构氧化铟纳米纤维，该方法的缺陷在于工序复杂繁琐，对纳米管状结构的壁厚等不容易控制。

目前，采用静电纺丝技术直接制备In₂O₃/ZnO异质结构纳米管，未见相关报道。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种In₂O₃/ZnO异质结构纳米管及其制备方法与应用。

本发明的技术方案如下：

一种In₂O₃/ZnO异质结构纳米管，是由In₂O₃纳米颗粒和ZnO纳米颗粒构成，ZnO纳米颗粒的粒径为15～50nm，In₂O₃纳米颗粒的粒径为10～20nm；该纳米管内径为300～340nm，外径为360～400nm，壁厚为10～50nm。

根据本发明，优选的，所述的In₂O₃/ZnO异质结构纳米管的长度为500nm～5mm。

根据本发明，优选的，所述的In₂O₃/ZnO异质结构纳米管由ZnO纳米颗粒和In₂O₃纳米颗粒自由分布构成；更优选的，In₂O₃/ZnO异质结构纳米管的壁厚为15～30nm，进一步优选20nm。

根据本发明，优选的，所述的金属元素Zn和In的摩尔比为1：(0.1～5.0)。

根据本发明，一种In₂O₃/ZnO异质结构纳米管的制备方法，步骤如下：

(1)将醋酸锌和硝酸铟溶解在由去离子水和无水乙醇组成的混合溶剂中，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP）至粘度为0.1～1.0Pa·S，搅拌均匀，得到可纺性溶胶；

所述的金属元素Zn和In的摩尔比为1：(0.1～5.0)，所述的混合溶剂中去离子水和无水乙醇的体积比为1：(0.2～8.0)；所述的聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量为100万～200万；

(2)将步骤(1)制得的可纺性溶胶静电纺丝，制得前驱体纤维；

静电纺丝的条件：可纺性溶胶的喷出速率为0.05～3.0mL/h，电压为10～28kV，静电纺丝温度控制在20～35℃；