[发明专利]片状多孔结构的ZnO纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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，在压电、光电、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他们的形貌和尺寸，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、纳米带和其他形貌的ZnO。

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纳米粉体的合成仍是一个技术难点。

多孔材料由于具有均匀分布的微孔或孔洞，孔隙率高、体积密度小，还具有高的比表面积及其独特的物理表面特性，并且不同的多孔性能够改变材料的物理和化学性质，因此多孔结构材料成为生物工程、环境工程、催化剂和传感器领域中一种具有发展前景的功能材料。

一维多孔结构的纳米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Zn₂SiO₄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400℃焙烧1h，再经HCl腐蚀5-10s后，最终得到多孔的ZnO纳米棒。由于这些制备方法复杂，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纳米粉体的工业化生产成为我们迫切需要解决的问题。

到目前为止，二维多孔结构的纳米ZnO的合成还未见文献报道。

发明内容

本发明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)将二水合醋酸锌原料溶于水中，配制0.1M～0.5M的醋酸锌溶液，磁力搅拌下，滴加0.1M～0.6M尿素溶液，醋酸锌溶液与尿素溶液的体积比为1∶1～1.5，得混合液。

(2)将步骤(1)得到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℃，得混浊溶液。

(3)将步骤(2)得到的混浊溶液进行过滤、洗涤、干燥，得到碱式碳酸锌前驱物。

(4)将步骤(3)得到的碱式碳酸锌前驱物在400～600℃焙烧1.5～3h，得到多孔ZnO纳米粉体。

整个反应过程的化学反应式可表示如下：

CO(NH₂)₂+H₂O→2NH₃+CO₂

2Zn(CH₃COO)₂+4NH₃+3H₂O+CO₂→ZnCO₃·Zn(OH)₂↓+4CH₃COONH₄

ZnCO₃·Zn(OH)₂→2ZnO+CO₂+H₂O

在本发明所述不同的浓度和反应温度及功率条件下，均能得到六方相的片状多孔ZnO纳米粉体，且结晶度高，产品质量好。

本发明方法制备的纳米ZnO产品为白色粉体，属于六方晶系，比表面积大(100～400m²/g)，纯度高，产品质量好。

本发明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，而且有助于其他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，作为气敏传感器和太阳能电池电极材料等。

本发明具有以下突出优点：

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所制得片状多孔结构的ZnO纳米粉体纯度高，不含有其他形貌的ZnO。

3.所制得片状结构的多孔ZnO纳米粉体性能稳定，在空气中不易变性。