一种纳米氧化锌掺杂钴元素的制备方法技术

本发明专利技术为一种纳米氧化锌掺杂钴元素的制备方法。该方法包括以下步骤：将氯化锌溶液加入到容器中，再加入氯化钴溶液，然后超声分散4~6分钟，同时2~3分钟内滴加氢氧化钠溶液，然后转入衬有聚四氟乙烯的反应釜，置于均相反应器中于100~120℃进行反应，反应6~8h；反应结束后冷却至室温，离心分离、洗涤、烘干，最后得到掺杂钴元素的纳米氧化锌；本发明专利技术以原料便宜易得，反应温度较低，简单环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术隶属纳米材料的
，涉及一种掺杂钴元素的纳米氧化锌的制备方法。技术背景纳米氧化锌(nano-ZnO)作为一种直接带隙宽禁带半导体氧化物，具有较宽的带隙(3.4eV)和较大的激子缚束能(60MeV)，从而产生了一系列优异的光学、电学以及磁学等性能，再加上较好的可塑性和生物相容性，因而在光学器件和吸波材料的制造、污水处理以及生物医学等领域有着潜在的应用价值。一些过渡金属元素，如铁、钴、镍、铜等，本身具有优异的理化性能，若将这些过渡金属元素掺入纳米氧化锌中，将有效改善其光学和磁学性能，因而受到了科研人员的关注。目前，对于在纳米氧化锌中掺杂制备新材料的研究还处于起步阶段。例如，赵俊峰等人利用水热法以硝酸锌与氢氧化钠为原料，温度160℃，将Ni掺杂入纳米氧化锌中，制作出棒状纳米氧化锌(参考：赵俊锋,陈建华,陈文华,etal.Ni掺杂ZnO晶体的制备及红外光谱特性[J].功能材料与器件学报,2010,16(4):329-34)；韩永蔚等人利用水热法以硝酸锌与尿素为原料，温度150℃，煅烧温度400℃，制备出由纳米片组成的团聚严重的微球状结构(参考：韩永蔚,龚剑.片状多孔球状结构氧化锌的水热合成及性质研究[J].东北师大学报:自然科学版,2015,(4):88-92)，等等。但是，目前过渡金属掺杂纳米氧化锌的制备方法存在原料价格昂贵，反应温度高等缺点。本专利技术旨在通过水热法制备Co元素掺杂的氧化锌纳米片状材料，具有用料便宜易得，反应温度较低，方法简单环保等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种掺杂钴元素的纳米氧化锌的制备方法。该方法以氢氧化钠、氯化锌及氯化钴为原料，采用水热法制备了Co掺杂的氧化锌纳米片状材料。该方法原料便宜易得，反应温度较低，简单环保。本专利技术的技术方案为：一种纳米氧化锌掺杂钴元素的制备方法的制备方法，包括以下步骤：将氯化锌溶液加入到容器中，再加入氯化钴溶液，然后超声分散4～6分钟，同时2～3分钟内滴加氢氧化钠溶液，然后转入衬有聚四氟乙烯的反应釜，置于均相反应器中于100～120℃进行反应，反应6～8h；反应结束后冷却至室温，离心分离、洗涤、烘干，最后得到掺杂钴元素的纳米氧化锌；其中，摩尔比为Co：Zn＝1:99～5:95，摩尔比(Zn+Co)：OH＝1:2～1:16。所述的氯化锌溶液的浓度为0.09～0.11mol/L；所述的氯化钴的溶液浓度为0.09～0.11mol/L；所述的氢氧化钠溶液的浓度为0.9～1.1mol/L。本专利技术的有益效果：以氢氧化钠、氯化锌及氯化钴为原料，采用水热法制备了Co掺杂的氧化锌纳米片状材料。该方法原料便宜易得(如每吨氯化锌(6000元)的价格相比醋酸锌(9500元)便宜3500元，)，反应温度较低(100～120℃左右，目前的技术普遍高于150℃)，简单环保。附图说明图1为实施例1中的掺钴氧化锌SEM图；图2为实施例2中的掺钴氧化锌SEM图；图3为实施例3中的掺钴氧化锌SEM图；图4为实施例3中的掺钴氧化锌能谱图；图5为实施例3中的掺钴氧化锌XRD图；图6为实施例3中的掺钴氧化锌FT-IR谱图；图7为实施例4中的掺钴氧化锌SEM图；图8为实施例5中的掺钴氧化锌SEM图；具体实施方式为了更清楚的说明本专利技术，列举以下实施例，但其对专利技术的范围无任何限制。实施例11.取1.19g六水合氯化钴(CoCl2·6H2O，市售)，在搅拌条件下溶于50mL蒸馏水，得到0.1mol/L的氯化钴溶液。2.取3.41g氯化锌(ZnCl2，市售)，在搅拌条件下溶于250mL蒸馏水，加入几滴浓盐酸，得到0.1mol/L的氯化锌溶液。3.取10g氢氧化钠(NaOH，市售)，在搅拌条件下溶于250mL蒸馏水，得到1mol/L的氢氧化钠溶液。4.取39.6mL0.1mol/L的氯化锌溶液于烧杯中，加入0.4mL0.1mol/L的氯化钴溶液，使得Co元素与Zn元素的摩尔比为1:99，超声分散4-6min，同时2-3min内滴加32mL1mol/L的氢氧化钠溶液，转入衬有聚四氟乙烯的反应釜，置于均相反应器中于100℃进行密闭反应，反应6～8h。反应结束后冷却至室温，离心洗涤后，置于80℃烘箱中12h，最后得到掺杂钴元素的纳米氧化锌。图1表明材料呈片状结构，厚度约24nm，相比未掺杂的纳米氧化锌，表面有小颗粒，说明钴元素成功掺入了纳米氧化锌，且分散较为均匀。实施例2步骤1～3同实施例1步骤1～3，步骤4改为：取39.2mL0.1mol/L的氯化锌溶液于烧杯中，加入0.8mL0.1mol/L的氯化钴溶液，使得Co元素与Zn元素的摩尔比为2:98，超声分散4-6min，同时2-3min滴加32mL1mol/L的氢氧化钠溶液，转入衬有聚四氟乙烯的反应釜，置于均相反应器中于100℃进行密闭反应，反应6～8h。反应结束后冷却至室温，离心洗涤后，置于80℃烘箱中12h。最终可以得到掺杂钴元素的纳米氧化锌。图2表明材料呈片状结构，厚度约25nm，表面有断层，相比未掺杂的纳米氧化锌，表面有小颗粒，说明钴元素成功掺入了纳米氧化锌，且分散较为均匀，并且相比实施例1，钴元素的含量有所增加。实施例3步骤1～3同实施例1步骤1～3，步骤4改为：取38mL0.1mol/L的氯化锌溶液于烧杯中，加入2mL0.1mol/L的氯化钴溶液，使得Co元素与Zn元素的摩尔比为5:95，超声分散4-6min，同时2-3min滴加32mL1mol/L的氢氧化钠溶液，转入衬有聚四氟乙烯的反应釜，置于均相反应器中于100℃进行密闭反应，反应6～8h。反应结束后冷却至室温，离心洗涤后，置于80℃烘箱中12h。最终可以得到掺杂钴元素的纳米氧化锌。图3为掺钴氧化锌的SEM图，掺杂Co元素后的纳米氧化锌依旧呈片状，厚度约为10～20nm，尺寸小，相比于纯的纳米氧化锌变化不大，同时颗粒物有所增多。说明钴元素成功掺入了纳米氧化锌，且分散较为均匀，并且相比实施例2，钴元素的含量进一步增加。图4为掺钴氧化锌的能谱图，掺杂Co元素的纳米片状氧化锌EDS谱图中，在0.80、6.93、7.69keV处出现了钴元素的特征峰，这也证明了Co元素成功掺杂到纳米氧化锌中。图5为掺钴氧化锌XRD图，从图中可以看出，掺杂过渡金属元素后，除了纯纳米氧化锌的衍射峰外并未出现新的衍射峰，这说明掺杂了过渡金属元素后并未产生新的物相。图6为掺钴氧化锌FT-IR谱图，从图中可以看出，纳米氧化锌在3500cm-1处有一个宽的吸收峰，这可以归结为吸附在纳米氧化锌表面的水分子的伸缩振动，而1600cm-1处的吸收峰则代表水分子的弯曲振动。430cm-1与500cm-1左右处的吸收峰代表Zn-O的晶格振动。在纳米氧化锌中掺入Co元素后，3500cm-1和1600cm-1处的吸收峰发生红移，这主要是Co2+的负诱导效应，令表面氧原子周围电荷增多，继而对水分子的引力增强，使吸收峰发生红移。在430cm-1与500cm-1处的峰形和位置出现明显宽化现象，同时掺杂钴的材料在670cm-1和1040cm-1左右处出现了新的吸收峰，这是由于Co2+和Zn2+的离子半径差不多，Co2+进入纳米氧化锌的晶格中与氧离子发生作用产生晶格畸变的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米氧化锌掺杂钴元素的制备方法，其特征为包括以下步骤：将氯化锌溶液加入到容器中，再加入氯化钴溶液，然后超声分散4~6分钟，同时2~3分钟内滴加氢氧化钠溶液，然后转入衬有聚四氟乙烯的反应釜，置于均相反应器中于100~120℃进行反应，反应6~8h；反应结束后冷却至室温，离心分离、洗涤、烘干，最后得到掺杂钴元素的纳米氧化锌；其中，摩尔比为Co：Zn=1:99~5:95，摩尔比（Zn+Co）：OH=1:2~1:16。

【技术特征摘要】
1.一种纳米氧化锌掺杂钴元素的制备方法，其特征为包括以下步骤：将氯化锌溶液加入到容器中，再加入氯化钴溶液，然后超声分散4~6分钟，同时2~3分钟内滴加氢氧化钠溶液，然后转入衬有聚四氟乙烯的反应釜，置于均相反应器中于100~120℃进行反应，反应6~8h；反应结束后冷却至室温，离心分离、洗涤、烘干，最后得到掺杂钴元素的纳米氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志彦，刘美琪，曹吉林，陈学青，彭胜，李洪娟，王亚涛，宁利民，
申请(专利权)人：唐山开滦化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13