[发明专利]一种分等级氧化锌纳米盘材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化锌(ZnO)纳米材料的制备领域，具体涉及一种2D分等级氧化锌纳米盘材料的制备方法，尤其是将其应用在染料敏化太阳电池上。

背景技术

2D纳米材料具有原子或分子的厚度和无限平面尺寸从而被认为是最薄的功能材料，由于其电子态在现代电子设备中的关键作用，被研究者们认为是最有应用前景的优越材料。由纳米颗粒组成的分等级结构材料的可控制备是目前纳米材料领域的研究热点，ZnO的带隙为3.37 eV，具有较高的电子迁移率，在光催化、吸附、分离、药物释放、气体传感器、锂离子电池、太阳电池等领域具有很多重要的应用。

目前，国际上研究报道了水热合成氧化锌纳米片，但未将其应用到染料敏化太阳电池中。分等级纳米结构材料由于具有较快的电子传输速率、较长的寿命、优越的光散射能力等优点而引起了巨大的关注，被认为有可能大大提高电池的光电转换效率，然而关于分等级2D氧化锌纳米材料作为SnO₂电池的阻挡层和散射层，目前文献上还没有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于基于2D纳米材料的优势及ZnO在光催化、吸附、分离、药物释放、气体传感器、锂离子电池、太阳电池等领域具有很多重要的应用，提供一种由纳米粒子组装而成的分等级的2D氧化锌材料的超声制备方法，具有合成方法简单、方便、快速及重现性好等优点。通过优化实验条件控制氧化锌纳米颗粒的尺寸和盘的直径及厚度，并且对制备的材料进行染料敏化太阳电池方面的应用研究。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种2D分等级氧化锌纳米盘材料的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：

(1) 将锌盐溶解在有机溶剂和水的混合溶剂中，进行超声反应；所述锌盐为醋酸锌、氯化锌、硝酸锌、硫酸锌，锌盐的摩尔浓度为0.01~2.0 mol/L。所述有机溶剂为乙二醇、二乙醇胺、一缩二乙二醇(二甘醇)、1，2-丙二醇、聚乙二醇或丙三醇。

(2)将超声反应后的产物离心分离，经过水洗、醇洗、干燥，得到颗粒组成的氧化锌纳米盘。所述有机溶剂和水的混合溶剂中，水的体积占混合溶剂体积的5~90 %。

本发明所述分等级氧化锌纳米盘材料的直径为100~600 nm，厚度为10~100 nm，组成分等级氧化锌纳米盘材料的纳米颗粒的尺寸为5~30 nm。

所述超声反应是通过超声细胞粉碎仪完成的，超声功率为50~500 W，振幅为10~80 %。超声反应的时间为1~60 min，干燥的温度为20~100℃。

本发明将锌盐溶解在有机溶剂和水的混合溶剂中，进行超声反应；然后将超声反应后的产物离心分离，经过水洗、醇洗、干燥，得到颗粒组成的氧化锌纳米盘。利用本发明的超声合成法制备了由氧化锌颗粒（5~30 nm）组成的2D分等级氧化锌纳米盘材料(直径为100~600 nm，厚度为10~100 nm)。

作为一种优选方案，在上述制备方法中，所述锌盐为醋酸锌、氯化锌、硝酸锌、硫酸锌，锌盐的摩尔浓度为0.01~2.0 mol/L。

作为一种优选方案，上述制备方法中，所述为乙二醇、二乙醇胺、一缩二乙二醇(二甘醇)、1，2-丙二醇、聚乙二醇或丙三醇；其中，水的体积占混合溶剂体积的5~90 %。

作为一种优选方案，上述制备方法中，所述超声是通过超声细胞粉碎仪完成的，超声功率为50~500 W，振幅为10~80 %。

作为一种优选方案，上述制备方法中，所述超声反应的时间为1~60 min。

作为一种优选方案，上述制备方法中，所述干燥的温度为20~100℃。

本发明方法制得的2D分等级氧化锌纳米盘材料利用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜等仪器进行了详细的表征。

所述2D分等级氧化锌纳米盘材料的制备方法是经过超声反应，离心、干燥所得超声沉底而得到颗粒组成的2D分等级氧化锌纳米盘材料。

本发明方法制得的2D分等级氧化锌纳米盘材料可广泛用于染料敏化太阳电池、量子点电池、光催化、气体传感器、锂离子电池等领域，尤其是作为光阳极材料作为SnO₂电池的阻挡层和散射层应用于染料敏化太阳电池领域时，比纯SnO₂电池具有更高的光电转换效率。

本发明公开的2D分等级氧化锌材料制备方法与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明利用超声法制备由纳米颗粒组成的2D分等级氧化锌纳米盘材料，此制备方法具有简单、方便、快速及重现性好等优点；