一种分等级氧化锌纳米盘材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种2D分等级氧化锌纳米盘材料的制备方法。包括如下步骤：(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；(2)将水热反应后的产物离心分离，经过水洗、醇洗、干燥，得到颗粒组成的分等级2D氧化锌纳米盘材料。所述的锌盐为醋酸锌、氯化锌、硝酸锌、硫酸锌，锌盐的摩尔浓度为0.01~2.0mol/L。本发明专利技术方法简单、方便、快速、重现性好，合成的分等级2D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、锂离子电池等技术领域。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种2D分等级氧化锌纳米盘材料的制备方法。包括如下步骤：(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；(2)将水热反应后的产物离心分离，经过水洗、醇洗、干燥，得到颗粒组成的分等级2D氧化锌纳米盘材料。所述的锌盐为醋酸锌、氯化锌、硝酸锌、硫酸锌，锌盐的摩尔浓度为0.01~2.0mol/L。本专利技术方法简单、方便、快速、重现性好，合成的分等级2D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、锂离子电池等
。【专利说明】
本专利技术涉及氧化锌(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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于基于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。本专利技术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: (I)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 %。本专利技术所述分等级氧化锌纳米盘材料的直径为100~600 nm,厚度为l(T100 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飞0 min，干燥的温度为2(T100°C。本专利技术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。利用本专利技术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 I(TlOO 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飞0 min。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述干燥的温度为2(T10(TC。本专利技术方法制得的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。 本专利技术方法制得的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。本专利技术公开的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)本专利技术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； (2)利用所合成的2D分等级氧化锌纳米盘材料作为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。(3)本专利技术制备方法所得的2D分等级氧化锌纳米盘材料可以用做染料敏化太阳电池的光阳极材料，此种电池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳能电池，主要具有以下优势:(a)原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势；(b)同时所有原材料和生产工艺无毒、无污染，部分材料可以得到充分的回收，对新能源与可再生能源的开发利用及保护人类环境具有重要的意义。【专利附图】【附图说明】图1为粉末衍射数据:超声反应后的分等级的2D氧化锌纳米盘材料； 图2为2D分等级氧化锌纳米盘的扫描电镜图，图中的插入物是所标记处纳米盘高倍扫描电镜图片； 图3为2D分等级氧化锌纳米盘的透射电镜图，其右上角和下角分别是单个的氧化锌纳米盘的电子衍射图和低倍透射电镜图片； 图4为基于~14.5 μ m SnO2颗粒+4.0 μ m ZnO的双层电池和~18.5 μ m SnO2颗粒的染料敏化太阳电池的光电流-电压曲线； 图5为基于~14.5 μ m SnO2颗粒+4.0 μ m ZnO的双层电池和~18.5 μ m SnO2颗粒的染料敏化太阳电池的IPCE曲线图。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，下述各实施例仅用于说明本专利技术而并非对本专利技术的限制。其中所用到的醋酸锌、乙二醇、二乙醇胺等化学试剂均有市售。实施例1 利用醋酸锌、乙二醇、水和二乙醇胺作为原料，利用超声方法合成分等级的2D氧化锌纳米盘材料。首先分别称2.195 g Zn(CH3COO)2.2H20加入到150 mL烧杯中，用量筒分别量取60 mL乙二醇、40 mL H2O和10 mL 二乙醇胺依次加入到烧杯中，持续搅拌30 min，使其成为均匀溶液，将超声波细胞破碎仪的探头放入烧杯中，并将其功率调节为300 W，设置超声模式为8 S，振幅为50 %，超声时间为10 min，超声结束后冷却溶液至室温，离心分离取白色沉淀，对所得沉淀进行水洗、醇洗各3次，60 °C烘干，得到由纳米颗粒组成的分等级的2D氧化锌纳米盘。干燥后的白色粉末直接用于粉末衍射测试，判断其晶型，结果表明所制备的产品为氧化锌(图1，XRD)。用扫描电镜来表征其形貌，发现得到的样品是2D氧化锌纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；(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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉芬，李建文，李喜飞，李德军，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津;12