片状多孔ZnO纳米粉体的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种片状多孔结构的ZnO纳米粉体的制备方法，向硝酸锌溶液滴加氨水，调节溶液的pH为6-8之间，在转速为0-180转/分钟的磁力搅拌下，温度为0-80℃下反应0.5-3h，所得混浊溶液进行分离、洗涤、干燥，得到交联片状和分散片状的碱式硝酸锌前躯物。将这两种形貌的碱式硝酸锌前躯物在220-500℃焙烧0.5-3h，均可得到片状多孔ZnO纳米粉体。本发明专利技术方法制备的纳米ZnO产品为白色粉体，属于六方晶系，比表面积大，纯度高，产品质量好，对乙醇和丙酮等气体响应灵敏。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无机纳米材料的制备方法，特别是一种片状多孔结构的ZnO纳米 粉体的制备方法。
技术介绍
纳米氧化锌(ZnO)是一种典型的宽带隙半导体材料，拥有3. 37eV大带隙60meV大 激子结合能，在光电、压电、铁磁、传感器和透明电极等领域具有广泛的应用，已成为目前世 界范围的研究热点之一。由于纳米ZnO这些独特的性质强烈地依赖于它们的形貌和尺寸， 因此不同形貌结构的纳米ZnO的合成引起了广大研究工作者的极大兴趣。据文献报道，已 通过水热法、溶胶_凝胶法、模板法、化学沉淀法、热分解法、微波法分别制备出纳米颗粒、 纳米棒、纳米线、纳米管、纳米带、纳米片和其它形貌的Zn0。 目前，尽管ZnO纳米粉体的合成已经实现了批量生产，但多孔ZnO纳米粉体的规模 化制备仍是一个技术难点。 多孔材料具有大比表面积、高孔隙率、高的透过性、可组装性、高吸附性等诸多性 能。在有害气体吸附分离、色谱分离材料、环境污染处理、催化材料、催化载体和传感器等领 域均有广泛应用。同时，多孔材料具有比致密材料更为优越的物理、机械和热性能。制备形 貌和尺寸可控的多孔材料引起了人们的高度关注。 —维多孔结构的纳米ZnO的合成已有文献报道。Z. L.Wang等人(Adv. Mater.， 2004， 16 :1215-1218)在表面涂附一层锡膜的硅片上，采用固体_蒸气方法，合成了表面覆 盖一层Zn2Si04的中孔ZnO纳米线。S. H. Lee等(Phys. Stat. Sol. ， 2007， 4 :1747-1750)首 先在有铟锡氧化物涂附的玻璃上合成出ZnO纳米棒，然后在氩气中40(TC焙烧lh，再经HCl 腐蚀5-10h后，最终得到多孔的ZnO纳米棒。近年来，二维多孔纳米氧化锌的合成也开始有 文献报道。占金华等人(Adv. Mater. ，2008,20 :4547-4551)通过将醋酸锌溶液与尿素溶液 的混合液置于微波炉内，于500-900W的功率下反应30-60min，反应温度为60_95°C ，所得的 混浊溶液进行分离、洗涤、干燥，得到碱式碳酸锌前躯物。将碱式碳酸锌前躯物在400-60(TC 焙烧1. 5-3h，得到多孔ZnO纳米粉体。黄新堂等人(专利号200510019574)将普通微米颗 粒氧化锌粉与三氯甲烷一起放入不锈钢高压釜中，得到片状多孔纳米氧化锌粉末样品。由 于这些制备方法都过于复杂，成本高，产率低，难以实现产品的工业化大生产。因此，如何实 现多孔ZnO纳米粉体工业化大生产成为我们迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对工业化生产多孔ZnO纳米粉体的技术难题，提供了一种工艺简单、成 本低的片状多孔结构的ZnO纳米粉体的制备方法，可以制备出高纯度的片状多孔结构的 ZnO纳米粉体。 片状多孔结构的ZnO纳米粉体的制备方法，步骤如下 (1)将六水合硝酸锌原料溶于水，或氧化锌原料溶于硝酸溶液，配制硝酸锌溶液，3在搅拌条件下，滴加氨水(浓度为25wt % )，调节溶液的pH为6-8，得到混合液；若氨水滴加过少，ra小于6. o，则得不到白色沉淀物，若氨水滴加过多，ra大于8. 0，则得到白色沉淀主要为氢氧化锌和氧化锌，若继续滴加氨水，PH大于IO.O，则得到白色沉淀又溶解，也得不 到碱式硝酸锌； (2)将步骤(1)得到的混合液在转速为0-180转/分钟的磁力搅拌下，0-8(TC下反 应O. 5-3h，得到混浊溶液； (3)将步骤(2)得到的混浊溶液进行过滤、洗涤、干燥，得到碱式硝酸锌前躯物。在 0-8(TC下反应0. 5-3h的过程中，若无磁力搅拌，得到产物为交联片状碱式硝酸锌前躯物， 若继续搅拌混合液，则得到产物为分散片状碱式硝酸锌前躯物； (4)将步骤(3)得到的2种形貌的碱式硝酸锌前躯物在220-50(TC焙烧0. 5_3h，均 得到多孔ZnO纳米粉体。 优选的反应条件 (1)将六水合硝酸锌原料溶于水，或氧化锌原料溶于硝酸溶液，配制0. 5M的硝酸锌溶液，在转速为50转/分钟的磁力搅拌下，滴加氨水(浓度为25wt% )，调节溶液的pH为7，得到混合液；在温度为2(TC下继续搅拌或不搅拌静置lh，得到混浊溶液； 整个反应过程的化学反应式可表示如下 5Zn (N03) 2+8NH3 H20 — Zn5 (N03) 2 (OH) 8 I +8NH4C1 2Zn5(N03)2(0H)8 — 10ZnO+8H20+4N02 t +02个 在本专利技术所述不同的反应温度、pH值和培烧温度条件下，均能得到六方相的片状 多孔纳米粉体，且结晶度高，产品质量好。 本专利技术方法制备的纳米ZnO产品为白色粉体，属于六方晶系，比表面积大 (80-320m7g)，纯度高，产品质量好。该多孔片状ZnO对空气中的有机挥发性有机气体具有 很高的灵敏响应。 本专利技术利用易于制备的交联片状和分散片状碱式硝酸锌为前驱物，通过热处理，使碱式硝酸锌分解，在能保持其片状形貌的情况下，获得多孔片状ZnO纳米粉体。 本专利技术制备的片状结构的多孔ZnO纳米粉体不但有利于开拓ZnO本身独特的性能和应用，而且有助于其它新的纳米结构器件的开发和应用。例如，利用ZnO纳米粉体稳定的多孔结构，作为催化剂载体、太阳能电池电极材料和气敏传感器等。 本专利技术具有以下突出优点 1.所制得的ZnO纳米粉体具有全新的片状多孔结构，孔洞分布均匀。 2.所制得多孔片状ZnO纳米粉体纯度高，不含有其它形貌的ZnO。 3.所制得多孔片状ZnO纳米粉体性能稳定，在空气中稳定、不易变性。 4.所制得多孔片状ZnO纳米粉体对乙醇、丙酮等有机挥发性气体具有很高的灵敏响应，且敏感性能稳定。 5.工艺简单，对设备要求低，不需要微波和高压反应釜等条件，原料易得到，费用 低廉，可以进行大批量工业化生产。附图说明 图1为采用本方法制备的交联片状碱式硝酸锌(a)、分散片状碱式硝酸锌(b)和片状多孔结构ZnO纳米粉体(c)的X-射线衍射图谱。 图2为采用本方法制备的交联片状碱式硝酸锌前躯物的扫描电镜照片。 图3为采用本方法片制备的分散片状碱式硝酸锌前躯物的扫描电镜照片。 图4为采用交联片状碱式硝酸锌前躯物培烧制备的片状多孔结构Zn0纳米粉体的扫描电镜照片。 图5为分散片状碱式硝酸锌前躯物培烧制备的片状多孔结构ZnO纳米粉体的扫描 电镜照片。 图6为多孔片状ZnO传感器在工作温度为28(TC下，对空气中乙醇的灵敏响应曲 线，插入图为相应响应灵敏度与浓度之间的关系图。 图7为多孔片状ZnO传感器在工作温度为28(TC下，对空气中丙酮的灵敏响应曲 线，插入图为相应响应灵敏度与浓度之间的关系图。 图8为多孔片状ZnO传感器和ZnO纳米棒传感器在工作温度为28(TC下，对浓度为 100ppm的乙醇、丙酮、异丙醇和甲醇的响应灵敏度。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但不限于此。 实施例1 : (1)将六水合硝酸锌原料溶于水，配制0. 1M的硝酸锌溶液，取该硝酸锌溶液50ml 于烧瓶中，在磁力搅拌下，滴加氨水(浓度为25wt% )，调节溶液的pH为6. 5左右，得混合 液。(2)将步骤(1)得到的混浊液烧瓶在温度为l(TC下，静置反应2h，得到混浊液。 (3)将步骤(2)得到的混浊溶液进行过滤、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片状多孔结构的ＺｎＯ纳米粉体的制备方法，步骤如下：（１）将六水合硝酸锌原料溶于水，或氧化锌原料溶于硝酸溶液，配制硝酸锌溶液，在搅拌条件下，滴加氨水，调节溶液的ｐＨ为６－８，得到混合液；（２）将步骤（１）得到的混合液在转速为０－１８０转／分钟的磁力搅拌下，０－８０℃下反应０．５－３ｈ，得到混浊溶液；（３）将步骤（２）得到的混浊溶液进行过滤、洗涤、干燥，得到碱式硝酸锌前躯物；（４）将步骤（３）得到的碱式硝酸锌前躯物在２２０－５００℃焙烧０．５－３ｈ，得到多孔ＺｎＯ纳米粉体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄家锐，吴有洁，谷翠萍，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：34