一种花状氧化锌纳米棒团簇的制备方法与流程

本发明涉及一种纳米氧化锌的制备方法，具体是一种花状氧化锌纳米棒团簇的制备方法。

背景技术：

氧化锌(ZnO)在室温时的禁带宽度为3.37eV，是一种Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体，其激子束缚能高达60meV，具有优异的电学、光学、气敏以及压电等效应。纳米氧化锌是一种新型无机多功能材料，其中一维纳米氧化锌由于其独特的极性生长、大的长径比及较大的比表面积使得其具有更加优良的性能。目前制备一维氧化锌的方法主要有气相沉积法、模板法、水热法、沉淀法等等。

CN103318943A公开了一种花状ZnO纳米棒团簇的制备方法，该方法使用磁控溅射技术在Al₂O₃陶瓷片上溅射一层纯ZnO薄膜，将溅射有ZnO薄膜的Al₂O₃陶瓷片放在所配置的生长花状ZnO纳米棒团簇溶液中，在烘箱中分两步进行化学溶解，获得花状ZnO纳米棒簇。此合成方法过程复杂，设备要求高，成本大，技术难度系数大，而且化学溶解的反应过程难以控制。

CN105463564A公开了一种氧化锌纳米棒及其团簇复合结构的制备方法，该技术先采用旋涂镀膜法在铜片表面旋涂1-20pm厚光刻胶等或是利用0.1-1.0wt.％的氟硅烷乙醇溶液浸泡修饰，形成疏水性表面，然后再利用预制晶种层湿化学方法生长ZnO纳米棒及其团簇结构。这种制备的团簇状氧化锌纳米复合结构具有特殊的光学、电学和润湿等特性，但是该方法操作步骤较多，技术难度大。

CN105540640A公开了一种由纳米棒自组装而成的花状纳米氧化锌的制备方法，该方法将松香的醇溶液加入到氢氧化钠溶液中，混合均匀，再在冰水浴和搅拌的条件下缓慢滴加乙酸锌溶液；然后室温下陈化，再进行水热反应，自然冷却结晶，抽滤，洗涤沉淀，烘干后锻烧，即得到花状纳米氧化锌。此方法工艺流程繁琐，冰水浴的实验条件苛刻，水热反应器的危险系数大，煅烧温度高，煅烧时间长，并且使用有机添加剂，影响产物纯度。

CN104310458A公开了一种氧化锌纳米棒的制备方法，其特征是以硫酸锌为原料，碳酸氢按为沉淀剂，水为溶剂，通过直接沉淀法获得Zn₅(CO₃)₂(OH)₆前驱物沉淀，Zn₅(CO₃)₂(OH)₆沉淀经离心分离后加入油酸、油胺和1-十八烯的混合溶剂中，在真空条件下加热至120℃、保温30min，再向反应体系中充入氮气保护，搅拌加热反应混合物至280℃、保温45min，然后自然冷却至室温。该合成方法用到油酸、油胺和1-十八烯混合有机溶剂，反应体系后处理麻烦，对环境有不利影响，并且真空状态和氩气保护的实验条件苛刻，成本高，不利于大规模生产。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种花状氧化锌纳米棒团簇的制备方法，该方法工艺流程简单，操作方便，反应过程中无添加剂、模板，并保证了产品纯度，而且反应温度低，反应时间短，成本和能耗低，可以大规模工业化生产。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种制备花状氧化锌纳米棒团簇的方法，包括以下步骤：

1)将沉淀剂加入到锌盐溶液中，搅拌0.5-1h；其中，锌盐溶液的摩尔浓度为0.06-0.1mol/L，沉淀剂与锌盐的摩尔比为1:10；

2)将步骤1)搅拌后的溶液加热至90-100℃，搅拌4-6h后，降温至室温、洗涤、干燥，得到花状氧化锌纳米棒团簇。

本发明进一步的改进在于，所述锌盐溶液是通过将六水合硝酸锌溶于水中制得。

本发明进一步的改进在于，所述沉淀剂为氢氧化钠。

本发明进一步的改进在于，所述步骤1)中搅拌是在室温下进行的。

本发明进一步的改进在于，降温是自然降至室温。

本发明进一步的改进在于，洗涤采用蒸馏水清洗至pH值为7，再用无水乙醇清洗3次。

本发明进一步的改进在于，干燥在恒温干燥箱中进行。

本发明进一步的改进在于，干燥的温度为60-80℃，时间为10-12h。

与现有技术相比，本发明的具有的有益效果：

本发明以锌盐和沉淀剂为原料，采用直接沉淀法在90-100℃下反应4-6h，合成了形貌可控的花状氧化锌纳米棒团簇。氧化锌纳米棒表面光滑，粗细均匀，长径比为1:10左右，可广泛应用于催化、生物医药、传感器、电磁吸收、光致发光、气敏及压敏电阻等领域。本发明与现有技术相比，具有方法简便，成本低的优点，仅仅通过沉淀法即可制得花状氧化锌纳米棒团簇，工艺流程简单，操作方便，反应过程中无添加剂、模板，并保证了产品纯度，而且反应温度低，反应时间短，成本和能耗低，环境友好，可以大规模工业化生产。

进一步，沉淀剂为氢氧化钠，是因为氢氧化钠具有较强的碱性，可以作为碱源。

附图说明

图1为本发明实施例1中氧化锌的XRD图；

图2为本发明实施例1中不同放大倍数下氧化锌的SEM图。其中，图2(a)放大倍数为7000，图2(b)方法倍数为13000。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

称取1.7850g六水合硝酸锌溶解于100mL蒸馏水中，得到锌盐溶液，向锌盐溶液中加入2.400g氢氧化钠，室温下搅拌0.5h，然后加热至95℃，反应5h。反应结束待自然降至室温，产物用蒸馏水清洗至pH值为7，再用无水乙醇清洗3次，60℃的恒温干燥箱中干燥10h，即可得到白色氧化锌粉体，即为花状氧化锌纳米棒团簇。

参见图1，从图1可以看出制备的纳米氧化锌为纤锌矿型，且纯度高，无杂质峰。

参见图2，从图2(a)可以看出制备出的氧化锌纳米棒自组装成了一种花状团簇，从图2(b)可以看出氧化锌纳米棒表面光滑，粗细均匀，长径比为1:10左右。

实施例2

称取2.082g六水合硝酸锌溶解于100mL蒸馏水中，得到锌盐溶液，向锌盐溶液中加入2.799g氢氧化钠，室温下混合搅拌0.8h，然后加热至90℃，反应6h。反应结束待自然降至室温，产物用蒸馏水清洗至pH值为7，再用无水乙醇清洗3次，70℃的恒温干燥箱中干燥11h，即可得到白色氧化锌粉体，即为花状氧化锌纳米棒团簇。

实施例3

称取2.380g六水合硝酸锌溶解于100mL蒸馏水中，得到锌盐溶液，向锌盐溶液中加入3.199g氢氧化钠，室温下混合搅拌1h，然后加热至95℃，反应6h。反应结束待自然降至室温，产物用蒸馏水清洗至pH值为7，再用无水乙醇清洗3次，70℃的恒温干燥箱中干燥12h，即可得到白色氧化锌粉体，即为花状氧化锌纳米棒团簇。

实施例4

称取2.677g六水合硝酸锌溶解于100mL蒸馏水中，得到锌盐溶液，向锌盐溶液中加入3.599g氢氧化钠，室温下混合搅拌0.5h，然后加热至100℃，反应5h。反应结束待自然降至室温，产物用蒸馏水清洗至pH值为7，再用无水乙醇清洗3次，80℃的恒温干燥箱中干燥10h，即可得到白色氧化锌粉体，即为花状氧化锌纳米棒团簇。

实施例5

称取2.9749g六水合硝酸锌溶解于100mL蒸馏水中，得到锌盐溶液，向锌盐溶液中加入3.999g氢氧化钠，室温下混合搅拌0.8h，然后加热至100℃，反应4h。反应结束待自然降至室温，产物用蒸馏水清洗至pH值为7，再用无水乙醇清洗3次，80℃的恒温干燥箱中干燥12h，即可得到白色氧化锌粉体，即为花状氧化锌纳米棒团簇。

实施例6

1)将六水合硝酸锌溶于水中制得锌盐溶液，将氢氧化钠加入到锌盐溶液中，室温下搅拌0.5h，得到水溶性锌盐溶液；其中，锌盐溶液的摩尔浓度为0.06mol/L，氢氧化钠与六水合硝酸锌的摩尔比为1:10；

2)将步骤1)所得溶液加热至100℃，搅拌4h后，自然降温至室温，采用蒸馏水清洗至pH值为7，再用无水乙醇清洗3次，于恒温干燥箱中，在60℃干燥12h，得到花状氧化锌纳米棒团簇。

实施例7

1)将六水合硝酸锌溶于水中制得锌盐溶液，将氢氧化钠加入到锌盐溶液中，室温下搅拌1h，得到水溶性锌盐溶液；其中，锌盐溶液的摩尔浓度为0.1mol/L，氢氧化钠与六水合硝酸锌的摩尔比为1:10；

2)将步骤1)所得溶液加热至90℃，搅拌6h后，自然降温至室温，采用蒸馏水清洗至pH值为7，再用无水乙醇清洗3次，于恒温干燥箱中，在80℃干燥10h，得到花状氧化锌纳米棒团簇。