本发明专利技术涉及一种醇热法制备钴掺杂氧化锌ＣｏｘＺｎ１－ｘＯ多功能磁性纳米粉体的方法，包括：（１）在室温下，将可溶性钴盐和锌盐溶于乙二醇中，机械搅拌，加入无水乙酸钠和聚乙二醇，超声分散得到反应溶液；（２）将反应溶液进行醇热反应，反应温度为１８０℃～２２０℃，反应１０～１４小时，自然冷却至室温；（３）将上述产物离心分离，洗涤，干燥得到ＣｏｘＺｎ１－ｘＯ多功能磁性纳米粉体。本发明专利技术的方法简单，成本低，适合于工业化生产；所制备的ＣｏｘＺｎ１－ｘＯ纳米粉体晶相纯，大小均匀，分散性良好，不易团聚，且具有优异的室温铁磁性和光催化性，在外加磁场作用下表现出明显磁场响应。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属掺杂氧化锌磁性纳米粉体的制备领域，特别是涉及一种醇热法制备钴掺 杂氧化锌(CoxZrvxO)多功能磁性纳米粉体的方法。
技术介绍
近年来，稀磁性的半导体(DMS)受到了广泛的关注，它能将磁性和具有半导体性 质的氧化物相结合，使得氧化物在室温下具有铁磁性，这对于自旋电子元件的发展有着潜 在的应用。理论预测氧化锌基的稀磁性半导体拥有室温的铁磁性，因此制备一种室温铁磁 性的氧化锌基稀磁性纳米粉体成为研究热点之一。其中氧化锌基体起着至关重要的作用， 其特点是氧化锌是II-VI族具有纤锌矿晶体结构的宽禁带直接带隙半导体，室温下能带 带隙是3. 37ev,激子束缚能高达60mev，显示出近UV发射、透明压电性、光催化性和压电性 能。目前，大量的研究表明氧化锌纳米粉体对亚甲基蓝、甲基橙、四氯苯酚等有机物有良好 的降解效应，但是由于纳米粉体的颗粒小，分散性较好，光催化剂的回收利用遇到了较大困 难，无疑如果能制备一种既有光催化性又容易回收利用的材料成为研究人员关注的焦点。纳米氧化锌由于其量子限域效应，小尺寸效应，表面效应等在光、电、磁、敏感等方 面拥有一般氧化锌粉体无法比拟的特殊性质和新用途。目前氧化锌纳米粉体制备方法有 溶剂热法，沉淀法，溶胶凝胶法等。对于粒度和形貌的控制一直是人们研究的热点，而溶剂 热法拥有合成温度低，粉体纯度高，可以实现产品的一次性合成的特点。Xiao Li Zhang 等 Crystal Growth&Design Vol. 8No 8 (2008) pp. 2609-2613 中报道了以甲醇为溶剂采用 醇热法制备了镍和钴掺杂的氧化锌，发现在300K时，钴掺杂的氧化锌有明显的铁磁性，而 镍掺杂的氧化锌不明显。El-Hilo 等在 Journal ofMagnetism and Magnetic Materials Vol. 321No. 14(2009)pp. 2279-2283中报道了利用共沉淀法制备镍掺杂氧化锌粉末，发现 当镍离子掺杂量小于7. 4%时，粉末在室温下显示超顺磁性；而当镍离子掺杂量为22. 5% 时，粉末显示室温铁磁性，并认为这是由于形成固溶体NixZrvxO的原因。Y. Q.Chang等在 Applide PhysicsLetters Vol. 83No. 19 (2003) pp. 4020-4022 中报道了利用气相生长技术 制备了锰掺杂的氧化锌，磁性能测试显示锰掺杂的氧化锌纳米线的居里温度为37K，这是由 于在纳米晶中锰离子替代锌离子的位置产生带隙结构的改变引起的。由此可见，不同合成方法、不同掺杂元素制备的金属离子掺杂的氧化锌磁学性能 有明显的差异，且阐释机制亦有区别。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种醇热法制备钴掺杂氧化锌(CoxZrvxO)多 功能磁性纳米粉体的方法，该方法简单，成本低，适合于工业化生产。本专利技术的一种醇热法制备钴掺杂氧化锌(CoxZrvxO)多功能磁性纳米粉体的方法， 包括(1)在室温下，称取摩尔比为0 3 7的可溶性钴盐和锌盐溶于乙二醇中，机械 搅拌20 40分钟，加入无水乙酸钠和聚乙二醇，超声分散30 60分钟得到反应溶液；(2)将步骤(1)反应溶液放入 反应釜中，进行醇热反应，反应温度为180°C 220°C，反应10 14小时，自然冷却至室温；(3)将上述产物离心分离，洗涤，干燥得到CoxZrvxO多功能磁性纳米粉体。所述步骤(1)中的可溶性钴盐为硝酸钴、醋酸钴或氯化钴，优先使用硝酸钴。所述步骤(1)中的可溶性锌盐为硝酸锌、醋酸锌或氯化锌，优先使用硝酸锌。所述步骤(1)中的可溶性钴盐和锌盐的摩尔比为0.5 3 7。所述步骤(1)中的可溶性钴盐和锌盐的摩尔比为1 4或1 9。所述步骤(1)中的无水乙酸钠与Zn2+的摩尔数之比为9 13 1。所述步骤(1)中的乙二醇的量为反应釜体积的1/2 4/5，聚乙二醇的体积为乙二 醇的1/50 1/25。所述步骤(1)中的聚乙二醇的平均分子量为190. 0 210. 0。所述步骤(1)中的搅拌速度为500 800rpm。所述步骤(3)中的离心分离的速度为6000 8000rpm，时间为5 30分钟；洗涤 为去离子水洗涤产物3 6次，无水乙醇洗涤1 3次；干燥温度为40 60°C，时间5 12h。所述步骤(3)中的CoxZrvxO的χ值的范围为0 0. 30。所述步骤(3)中的CoxZrvxO的χ值的范围为0. 1 0. 30。 所述步骤(3)中的CoxZrvxO的χ值为0. 2。通过改变锌盐与钴盐的比例，可获得不同组成的CoxZrvxO多功能磁性纳米粉体。本专利技术首次以乙二醇作为溶剂以表面活性剂作为辅助技术，采用醇热方法制备了 钴离子掺杂的氧化锌多功能磁性材料。在醇热反应过程中，晶粒的生长结晶习性受到溶剂 和表面活性剂提供的物理化学环境的影响。当温度高于180°C时，乙二醇在封闭反应釜中提 供高温高压气氛，促进CoxZrvxO晶粒的生长和锌、钴离子间的替换，而无水乙酸钠和聚乙二 醇能够增加颗粒之间的静电稳定性，起到阻聚的作用。钴离子是一种具有良好化学稳定性 和理想磁学性质的离子，当其定量替代锌离子后，能够明显改善氧化锌的光学和磁性性能， 所制备的CoxZrvxO材料具有光催化和磁性双重性质。本专利技术的多功能磁性纳米粉体作为材料不仅可用于制造氧化锌基的发光器件和 稀磁半导体，是半导体集成电路和自旋量子计算机的重要组成部分，而且该材料是一种良 好的磁性光催化剂，其在光催化剂的回收再利用领域有着广阔发展前景。有益效果(1)本专利技术的制备方法简单，成本低，适合于工业化生产；(2)本专利技术所制备的CoxZrvxO纳米粉体晶相纯，大小均勻，分散性良好，不易团聚， 且具有优异的室温铁磁性和光催化性，在外加磁场作用下表现出明显磁场响应。附图说明图1 :200°C反应12h的Coa3Zna7O磁性纳米粉体X射线衍射图；图2 :200°C反应12h的Coa3Zna7O磁性纳米粉体场发射扫描电镜图3 :200°C反应12h的Coa3Zna7O磁性纳米粉体光催化降解亚甲基蓝紫外吸收光 谱图；其中亚甲基蓝溶液浓度为3父10-511101/1，可见光波长大于42011111 ；图4:180°C反应 14h 的 Co0.2Zn0.80磁性纳米粉体X射线衍射图5:180°C反应 14h 的 Co0.2Zn0.80磁性纳米粉体磁滞回线图6:200°C反应 IOh 的 Co0.ιΖη0.90磁性纳米粉体X射线衍射图7:200°C反应 IOh 的 Co0.ιΖη0.90磁性纳米粉体透射电镜图8:200°C反应 IOh 的 Co0.ιΖη0.90磁性纳米粉体磁滞回线图9:200°C反应 IOh 的 Co0.iZn0.90磁性纳米粉体光催化降解亚甲基蓝紫外吸收光谱图；其中亚甲基蓝溶液浓度为3X 10_5mol/L，可见光波长大于420nm ；图10 :220°C反应IOh的纯ZnO纳米粉体场发射扫描电镜图；图11 :220°C反应IOh的纯ZnO纳米粉体光催化降解亚甲基蓝紫外吸收光谱图；其 中亚甲基蓝溶液浓度为3 X 10_5mOl/L，可见光波长大于420nm。具体实施例方式下面结合具体实施例，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种醇热法制备钴掺杂氧化锌Ｃｏ↓［ｘ］Ｚｎ↓［１－ｘ］Ｏ多功能磁性纳米粉体的方法，包括：（１）在室温下，称取摩尔比为０～３∶７的可溶性钴盐和锌盐溶于乙二醇中，机械搅拌２０～４０分钟，加入无水乙酸钠和聚乙二醇，超声分散３０～６０分钟得到反应溶液；（２）将步骤（１）反应溶液放入反应釜中，进行醇热反应，反应温度为１８０℃～２２０℃，反应１０～１４小时，自然冷却至室温；（３）将上述产物离心分离，洗涤，干燥得到Ｃｏ↓［ｘ］Ｚｎ↓［１－ｘ］Ｏ多功能磁性纳米粉体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李耀刚，刘志福，王宏志，张青红，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。