NiO-ZnO球链状纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及纳米材料领域，具体而言，提供了一种NiO‑ZnO球链状纳米材料及其制备方法和应用。所述NiO‑ZnO球链状纳米材料主要由NiO‑ZnO球状颗粒顺次连接而成；所述NiO‑ZnO球状颗粒为以Ni‑Zn为核，以NiO‑ZnO为壳的核壳结构的颗粒。该材料具有p‑n异质结结构，呈球链状，该材料具有NiO半导体和ZnO半导体所不能达到的优良的光催化特性、光电特性、压敏特性和气敏特性等。

NiO-ZnO Spherical Chain Nanomaterials and Their Preparation and Application

The invention relates to the field of nanomaterials, in particular to a NiO ZnO spherical chain nanomaterial and a preparation method and application thereof. The NiO ZnO spherical chain nanomaterial is mainly composed of NiO ZnO spherical particles connected sequentially, and the NiO ZnO spherical particles are core-shell particles with Ni Zn as core and NiO ZnO as shell. The material has p_n heterojunction structure and is spherical chain. It has excellent photocatalytic, photoelectric, piezoelectric and gas sensitive properties that NiO and ZnO semiconductors can not achieve.

【技术实现步骤摘要】
NiO-ZnO球链状纳米材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米材料领域，具体而言，涉及一种NiO-ZnO球链状纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
NiO是一种典型的p型半导体，具有良好的热敏和气敏等特性，是一种很有前途的功能材料，被广泛应用于冶金、化学和电子等行业。纳米氧化镍粒径的超细化，其表面结构和晶体结构发生了改变，导致产生了表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，从而表现出优异的催化性能和电学性能。ZnO是典型的第三代半导体材料，兼具3.37eV的禁带宽度和60meV的激子束缚能，属于II-VI族半导体；其能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。其中，氧化锌是气敏材料中重要的一类，可以对环境中有毒、有害的污染气体进行监测。但是，氧化锌气敏材料的灵敏度低、工作温度高、选择性差等诸多问题也是迫切需要解决的问题。一维纳米材料是指在两个维度上为纳米尺度的材料，一维纳米材料是研究电子传输行为、光学特性和力学机械性能等物理性质的尺寸和纬度效应的理想系统。与零维和二维纳米材料相比，一维纳米材料在发展功能器件方面具有独特的优势，它既可实现纳米尺度的连接与信息传输，又可体现自身的量子特征，在构筑纳米电子和光电子器件等功能性元件中充当重要的角色。目前，关于一维纳米材料的制备已有大量的相关研究，但绝大多数是普通的线状纳米结构，关于球链状纳米结构的合成与制备鲜有报道，利用NiO、ZnO两种不同半导体材料构成p-n异质结的球链状纳米结构材料更是未有报道。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种NiO-ZnO球链状纳米材料，该材料具有p-n异质结结构，呈球链状，该材料具有NiO半导体和ZnO半导体所不能达到的优良的光催化特性、光电特性、压敏特性和气敏特性等。本专利技术的第二目的在于提供一种NiO-ZnO球链状纳米材料的制备方法，该方法工艺简单、高效，采用该方法制备得到的纳米材料结构清晰，大小均匀，呈现出明显的球链状。本专利技术的第三目的在于提供一种NiO-ZnO球链状纳米材料的应用。本专利技术的第四目的在于提供一种包括NiO-ZnO球链状纳米材料的光催化剂、光电探测器或气体探测器。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种NiO-ZnO球链状纳米材料，所述纳米材料主要由NiO-ZnO球状颗粒顺次连接而成；所述NiO-ZnO球状颗粒为以Ni-Zn为核，以NiO-ZnO为壳的核壳结构的颗粒。作为进一步优选的技术方案，所述NiO-ZnO球状颗粒的直径为300-500nm，优选为350-450nm；优选的，所述纳米材料的长度为20-40μm，优选为25-35μm。第二方面，本专利技术提供了一种上述NiO-ZnO球链状纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将镍源的醇溶液、锌源的醇溶液、以及碱金属氢氧化物的醇溶液混合均匀后再与还原剂混合，然后将混合后的溶液置于平行磁场中，加热反应结束后进行固液分离，分离后的固体产物经洗涤、干燥和氧化处理后得到所述纳米材料。作为进一步优选的技术方案，镍源包括氯化镍、硫酸镍或硝酸镍中的至少一种；优选的，镍源的浓度为0.05-0.15mol/L；优选的，锌源包括氯化锌、硫酸锌、硝酸锌或乙酸锌中的至少一种；优选的，锌源的浓度为0.02-0.05mol/L；优选的，碱金属氢氧化物包括氢氧化钾和/或氢氧化钠；优选的，碱金属氢氧化物的浓度为1-1.5mol/L；优选的，醇溶液包括多元醇溶液；优选的，多元醇溶液包括C2-C4的多元醇溶液；优选的，多元醇溶液包括乙二醇溶液；优选的，还原剂包括硼氢化物、氢化铝锂、水合肼或氢气中的至少一种；优选的，还原剂为水合肼；优选的，水合肼的浓度为80％-90％；优选的，镍源、锌源、碱金属氢氧化物和还原剂的摩尔比为(0.4-0.6)：(0.2-0.3)：(25-35)：(160-180)。作为进一步优选的技术方案，镍源的醇溶液、锌源的醇溶液、或碱金属氢氧化物的醇溶液各自独立地采用以下步骤制备得到：将镍源、锌源、或碱金属氢氧化物各自独立地溶于醇溶液中，然后进行超声和搅拌；优选的，搅拌时间为20-40min；优选的，镍源的醇溶液、锌源的醇溶液、以及碱金属氢氧化物的醇溶液的混合方式包括：将碱金属氢氧化物的醇溶液加入到镍源的醇溶液和锌源的醇溶液中并搅拌均匀；优选的，镍源的醇溶液、锌源的醇溶液、以及碱金属氢氧化物的醇溶液的混合溶液与还原剂的混合方式包括：将还原剂逐滴加入到混合溶液中，边加边搅拌，搅拌至溶液不再变色为止。作为进一步优选的技术方案，所述平行磁场的磁感应强度为0.35-0.45T。作为进一步优选的技术方案，所述加热反应为水浴加热至85-95℃，保温15-25min；优选的，固液分离的方式包括离心；优选的，离心时的转速为4000-6000rpm，离心时间为230-250s；优选的，洗涤的方式包括：依次采用丙酮、乙醇和蒸馏水洗涤，洗涤次数为4-6次；优选的，干燥温度为70-90℃，干燥时间为105-115min。作为进一步优选的技术方案，氧化处理的方式包括：将干燥后的固体产物于290-310℃中保温1-3h。第三方面，本专利技术提供了一种上述NiO-ZnO球链状纳米材料在光催化、光电探测或气体探测中的应用。第四方面，本专利技术提供了一种包括上述NiO-ZnO球链状纳米材料的光催化剂、光电探测器或气体探测器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的NiO-ZnO球链状纳米材料具有p-n异质结结构，该纳米材料综合了NiO和ZnO各自的优势，具有NiO半导体和ZnO半导体所不能达到的优良的光催化特性、光电特性、压敏特性和气敏特性等。本专利技术提供的NiO-ZnO球链状纳米材料的制备方法工艺简单、高效，采用该方法制备得到的纳米材料结构清晰，大小均匀，呈现出明显的球链状。将上述纳米材料应用于光催化、光电探测或气体探测中，能够显著提高光催化效率、光电探测和气体探测效率和精准度。包括上述纳米材料的光催化剂、光电探测器或气体探测器具有良好的光催化效果、光电探测效果和气体探测效果。附图说明图1为实施例1中纳米材料放大5000倍的SEM图；图2为实施例1中纳米材料放大10000倍的SEM图；图3为实施例1中纳米材料的EDS图；图4为光催化试验结果图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。需要说明的是：本专利技术中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。本专利技术中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。本专利技术中，如果没有特别的说明，百分数(％)或者份指的是相对于组合物的重量百分数或重量份。本专利技术中，如果没有特别的说明，所涉及的各组分或其优选组分可以相互组合形成新的技术方案。本专利技术中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“300-500”表示本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NiO‑ZnO球链状纳米材料，其特征在于，所述纳米材料主要由NiO‑ZnO球状颗粒顺次连接而成；所述NiO‑ZnO球状颗粒为以Ni‑Zn为核，以NiO‑ZnO为壳的核壳结构的颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种NiO-ZnO球链状纳米材料，其特征在于，所述纳米材料主要由NiO-ZnO球状颗粒顺次连接而成；所述NiO-ZnO球状颗粒为以Ni-Zn为核，以NiO-ZnO为壳的核壳结构的颗粒。2.根据权利要求1所述的NiO-ZnO球链状纳米材料，其特征在于，所述NiO-ZnO球状颗粒的直径为300-500nm，优选为350-450nm；优选的，所述纳米材料的长度为20-40μm，优选为25-35μm。3.权利要求1或2所述的NiO-ZnO球链状纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将镍源的醇溶液、锌源的醇溶液、以及碱金属氢氧化物的醇溶液混合均匀后再与还原剂混合，然后将混合后的溶液置于平行磁场中，加热反应结束后进行固液分离，分离后的固体产物经洗涤、干燥和氧化处理后得到所述纳米材料。4.根据权利要求3所述的NiO-ZnO球链状纳米材料的制备方法，其特征在于，镍源包括氯化镍、硫酸镍或硝酸镍中的至少一种；优选的，镍源的浓度为0.05-0.15mol/L；优选的，锌源包括氯化锌、硫酸锌、硝酸锌或乙酸锌中的至少一种；优选的，锌源的浓度为0.02-0.05mol/L；优选的，碱金属氢氧化物包括氢氧化钾和/或氢氧化钠；优选的，碱金属氢氧化物的浓度为1-1.5mol/L；优选的，醇溶液包括多元醇溶液；优选的，多元醇溶液包括C2-C4的多元醇溶液；优选的，多元醇溶液包括乙二醇溶液；优选的，还原剂包括硼氢化物、氢化铝锂、水合肼或氢气中的至少一种；优选的，还原剂为水合肼；优选的，水合肼的浓度为80％-90％；优选的，镍源、锌源、碱金属氢氧化物和还原剂的摩尔比为(0.4-0.6)：(0.2-0.3)：(25-35)：(160-180...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭海中，李顺方，董子斌，罗毅，相文峰，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41