本发明专利技术公开了一种多孔洞花状结构的氧化锌纳米单晶的制备方法及其应用。其步骤如下：将锌盐溶解在200ml的无水甲醇中，全部溶解后加入尿素和苯甲醇配成乙醇-苯甲醇-锌盐-尿素的混合液，连续搅拌1h后，将混合液转入到高压釜中，用氩气将高压釜内的空气置换完全；然后向釜内充入10bar的氩气并同时开始加热，将混合物加热到200℃保持5h后继续加热到265℃，并在此温度下维持1.5h，排去蒸汽后自然冷却至室温，得到干燥的灰色粉末即ZnO纳米单晶前驱体；接着在500℃条件下煅烧6h，得到大量富含多孔洞花状结构的氧化锌纳米单晶催化剂；以CO2/H2体积比约为3∶1，用原位紫外-可见光谱仪检测到甲醇，甲醛和甲酸等。本发明专利技术催化剂合成方法简单，成本低，具有原创性，符合绿色化工的发展要求，工业前景看好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种无机纳米催化剂的制备方法和应用，具体的说涉及一种用湿化学方法和超临界流体技术相结合合成富含多孔洞花状结构的ZnO纳米单晶催化剂及在低温低压co2+h2合成甲醇和甲醇低温分解中的应用。
技术介绍
材料工程的一个主要难点是很难控制设计的分子、纳米结构或微观物体直接具有现代材料科学、物理学和化学所需的可裁剪的结构，性质和功能(Michal，D.W.，Nature2004，405，293 ;Polleux，J.，et al.，Angew. Chem.1nt. Ed. 2006，45，261 and Angew.Chem. 2005，118,267)。许多研究者都致力寻找合适的方式来控制纳米材料的形状，大小和维数。将无机纳米模块自组装成一维，两维，三维的有序的层次纳米结构是值得研究的课题，因为构建模块的各种安排提供了一种可以调整材料特性的方法(Niederberger，Μ.，et al.，J. Am. Chem. Soc. 2002，124，13642 ；Niederberger, Μ.，et al.，Angew. Chem.1nt.Ed.2004，43，2270 ；Niederberger, M.，et al.，J. Am. Chem. Soc.2004，126，9120 ；Richards，R.，et al. , Angew. Chem.1nt. Ed. 2006，45，7277 and Richards，R.，et al. , Adv.Mater.2008，20，267)。ZnO具有很宽的直接能带间隙和很大的激子结合能，因此是一种优良的光电材料。广泛应用于催化剂载体领域，可以用作实验室或工业过程中甲醇合成和分解的催化剂载体，而甲醇被广泛用做石油和天然气的替代品以及人工合成碳氢化合物的原料(Ani I in,B.，et al.，German Patents，1923，415，686，441，443，462，and 837，US Patents，1923，1，558,559)。ZnO是比较复杂的并且具有多种不同结构的材料，很多研究者都致力于ZnO制备过程中形貌的控制(Yu, H. et al.，J. Am. Chem. Soc. 2005，127，2378 ；ffu, J. J.，et al.，Adv.Mater. 2002,14, 215 ；Tian,` Z. R. , et al. , J. Am. Chem. Soc. 2002,44,12954 and Zhang, T.,et al.，J. Am. Chem. Soc. 2006,128,10960)。ZnO的很多种结构，比如纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米盘和纳米片都已经被成功制备，每种结构的形成在较宽的热力学范围下都具有不同的生长机理。例如，Yu等(J. Am. Chem. Soc. 2005，127，2378)用Zn箔或者ZnO薄膜作为Zn原子的成核中心,直接由固体原料得到ZnO纳米颗粒。Wu等(Adv. Mater. 2002,14,21)以金属纳米颗粒为催化剂在高温或者低温条件下通过气相沉积法得到ZnO纳米线。Tian等(J. Am. Chem. Soc. 2002,44,12954)用简单的柠檬酸盐来控制晶体的成长形成定向阵列的螺旋状ZnO纳米棒或纳米柱；而且(Nature Mater. 2003,2,821)利用有机结构导向剂直接在六边形的ZnO晶体的不同面上的选择性吸附合成复杂定向的ZnO纳米结构。随着尺寸和形状可控合成以及ZnO在很多领域的应用，研究者对ZnO纳米结构的制备方法越来越感兴趣。一般有序的完美晶体表面通常是惰性的，因此他们的催化性能通常都是在表面缺陷上体现(Kovacik R. , et al. , Angew. Chem.1nt. Ed 2007,46,4894)。ZnO 广泛应用于催化，电气设备，光电子学和药物，而这些应用主要依赖于通用材料的缺陷性质。纳米材料的功能特性的控制正在逐步建立，不仅要控制它们的组成形态和大小，还要调控它们的结构缺陷。因此了解调控无机纳米结构的缺陷成了很多人的重要研究目标(Ischenko V. , etal. ,Adv. Funct. Mater. 2005,15,1945)。虽然很多人致力于研究控制ZnO的形态和大小,但是很少有文献报道直接合成具有多缺陷的ZnO纳米结构。在金属氧化物合成过程中苯甲醇是在无水条件下形成形态大小可控的金属氧化物的优良中介，比如脱钛矿形式的TiO2纳米颗粒(4-8nm)的合成(Niederberger, M.,et al.，Chem. Mate. 2002，14,4364-4370)。Stucky 等(J. Am. Chem. So. 2002，124，13642)人用金属氯化物前驱体合成了氧化钒纳米棒以及相同形貌的氧化钨纳米盘；并且合成了通过金属醇盐C-C键形成而得到一系列的双金属氧化物如钙钛矿结构的BaTiO3, BaZrO3,LiNbO3 (Angew. Chem.1n. E. 2004，43，2270)和 SrTiO3, (Ba, Sr) TiO3 纳米颗粒(J. Am. Chem.Sg. 2004，126,9120)。在以上的研究中，并没有表面生长选择性和富含孔洞的纳米棒发现。上述用苯甲醇作为调控金属氧化物的形态大小和结晶度的溶胶-凝胶合成方法的一个普遍缺点是得到的材料是无定形的材料，接下来的热处理法诱导结晶化通常会导致非理想的颗粒形态的形成。因此，探索新的有效的无模板剂的方法合成拥有六边形构建具有定向的多富含多孔洞花状结构的ZnO纳米单晶提高了现有的性能并且开拓了其新应用。
技术实现思路
用高效的湿化学法和超临界流体技术相结合合成的富含孔洞的花状氧化锌纳米晶是拥有六边形构建模块和定向纤锌矿结构。由于其中间体具有很高的结晶度，ZnO可以维持其有机-无机方法合成初始时的花状结晶体。所得到的这种新型结构的ZnO在纳米器件中具有很广泛的应用，它可以用做高活性的固体催化剂，并且为表面结构和表面反应的研究提供了原型。 本专利技术所提供的花状ZnO纳米结构具有很大的商业和技术应用潜力。氧化锌在应用
是一种很有前途的材料，如催化，高密度磁性数据存储和燃料电池的生产。可以发现这种新型结构的氧化锌可选择应用或者提高现有的性能。根据本专利技术所用的原料合成的花状ZnO的纳米结构可以很容易地通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)图像的组合确定。本专利技术在合成这种多孔洞花状的ZnO纳米晶催化剂时的首选方法是将18g的Zn (NO3)2 · 6H20溶解在200ml的无水乙醇中，当Zn (NO3)2 · 6H20完全溶解后，将1. 8g的尿素和13g的苯甲醇加入混合液，搅拌，此时Zn与苯甲醇的摩尔比为2。搅拌Ih后将混合溶液转入到高压釜中。含有反应混合物的高压釜用IObar (7500tor)氩气置换5次以除去空气，加热前再冲入IObar (7500torr)压力的氩气。然后将混合物在200°C下保持5h后再将温度升高至265°C，在此温度下维持1. 5h，排放蒸汽并冷却至室温。收集干燥后的灰色粉末，以30C /min本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多孔洞花状结构的ZnO纳米单晶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将锌盐溶解在200ml的无水甲醇中，加入尿素和苯甲醇按一定的摩尔比混合，将混合液搅拌1h后转入高压釜中，用氩气将高压釜内的空气置换完全；然后向釜内充入10bar的氩气并同时开始加热，200℃保持5h后继续加热到265℃维持1.5h，排去蒸汽并自然冷却至室温，得到干燥的灰色粉末，接着在500℃条件下煅烧6h，得到大量富含多孔洞花状结构的氧化锌纳米单晶催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种多孔洞花状结构的ZnO纳米单晶的制备方法，其特征在于包括如下步骤将锌盐溶解在200ml的无水甲醇中，加入尿素和苯甲醇按一定的摩尔比混合，将混合液搅拌Ih后转入高压釜中，用氩气将高压釜内的空气置换完全；然后向釜内充入IObar的氩气并同时开始加热，200°C保持5h后继续加热到265°C维持1. 5h，排去蒸汽并自然冷却至室温，得到干燥的灰色粉末，接着在500°C条件下煅烧6h，得到大量富含多孔洞花状结构的氧化锌纳米单晶催化剂。2.如权利要求1所述的富含多孔洞花状结构的ZnO纳米单晶催化剂的应用，其特征在于以甲醇为反应原料，加入催化剂，在原位紫外-可见光谱仪中进行气相催化加氢反应，反应温度为70°C。3.如权利要求1所述的富含多孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈立芳，漆志文，苗改，陈龙，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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