[发明专利]网络结构的氧化锌二氧化钛纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料的的制备方法，特别是涉及一种网络结构的氧化锌二氧化钛纳米复合材料的制备方法。

背景技术

在众多的纳米金属氧化物中，氧化锌(ZnO)作为重要的半导体材料，具有较宽的能带间隙(3.37eV)和较高的激子结合能(60meV)，并且无毒，价格低廉，环境稳定性良好，在传感器，光伏材料，压电材料，细胞标记，蛋白质检测，紫外光检测等。而二氧化钛(TiO2)与氧化锌的带隙相同（E=3.2eV），二氧化钛也具有生物相容性，化学稳定性好等优点。

据报道，ZnO/TiO2复合材料中的ZnO和TiO2纳米粒子间具有耦合和协同作用，可以使ZnO的气敏、发光、光催化等性质有所增强和改善；还能降低TiO2光生电子和光生空穴的复合几率，提高光催化效果；同时，ZnO和TiO2之间的能级相近，其耦合及协同作用可拓宽光谱吸收范围，从而增加对可见光的利用率。目前，ZnO/TiO2复合材料的制备方法很多，有水热法，沉积-沉淀法，共沉淀法等。但共沉淀法制备过程中反应物沉淀过程较快、所得产物易发生硬团聚、产物粒度较大、影响光催化活性等缺陷；而水热法和沉积-沉淀法的制备过程繁琐，产物的形貌、尺寸不可控，且没有网络结构的ZnO/TiO2复合材料的报道。

发明内容

本发明的目的是为了制备一种具有协同作用的网络结构的半导体纳米复合材料。

本发明提供一种网络结构的氧化锌二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）生物模板的制备：将鸡蛋壳洗净，将外面的膜仔细剥掉，外壳放入酸溶液中，除去碳酸钙外壳，内层膜自动脱落，取出，洗净，用生理盐水浸泡，待用；

（2）配置锌—乙醇溶液，体积比为2：1～1：3；

（3）配置钛—乙醇溶液，体积比2：1～1：3；

（4）将步骤（1）中用生理盐水浸泡的鸡蛋膜取出，用蒸馏水冲洗，晾干后，分别浸入步骤（2）和（3）的溶液中，浸泡4～12 小时，取出，自然晾干；

（5） 将晾干的鸡蛋膜放入马弗炉中烧结，烧结温度为550 ℃～700 ℃，升温速率为2 ℃/min～5 ℃/min，保温时间为2～4 小时，冷却至室温即可得到网络结构的氧化锌二氧化钛纳米复合材料。

步骤（2）所述锌—乙醇溶液，锌源为醋酸锌、硝酸锌、硫酸锌中的一种或其组合。

步骤（3）所述钛—乙醇溶液，钛源为钛酸四正丁酯、四氯化钛、硫酸氧钛中的一种或其组合。

本发明中，所采用硝酸锌、醋酸锌、硫酸锌、钛酸四正丁酯、四氯化钛、硫酸氧钛、盐酸均为分析纯。

本发明方法所得产物的结构、形貌、组成等，分别选用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）、N₂吸附比表面积测试仪（BET）等手段进行表征。

鸡蛋膜作为模板法在制备纳米材料具有合成方法简单，条件温和，模板易得到等很多优点；鸡蛋膜有多种有机成分，可与各种阳离子相互作用制备形貌新颖的微、纳米材料，甚至构建极其复杂的纳米超结构；且鸡蛋膜在煅烧的过程中，制备的氧化物逐渐占据有机物的位置，通过原位转换法仍维持网络结构的形貌，使制备的产物形貌、尺寸易控。为此，我们提出了一种新颖的生物模板法（鸡蛋膜）制备多孔网络结构的ZnO/TiO₂复合材料的方法。

该方法采用简易的生物模板法制备的网络结构的ZnO/TiO₂纳米复合材料，产物中ZnO与TiO₂纳米粒子之间具有耦合和协同作用，可以使ZnO的气敏、发光、光催化等性能有所增强和改善；同时，ZnO和TiO₂之间的相互作用还可产生新的物理现象及可利用的新功能等；并且该方法所需的模板易得，制备工艺和流程简便，成本低，可重复性强，可大量合成等优点。

本发明优点在于：

1．本发明采用生物模板法制备了网络结构的ZnO/TiO₂纳米复合材料。

2．本发明的采用的模板有多种有机成分，可与各种阳离子相互作用制备形貌新颖的超结构。

3．本发明的模板制备方法简单，整个反应过程简便，条件易控，具有很强的通用性。

4．本发明在制备时不产生对环境有污染的副产物，符合可持续发展要求，是一种环保型合成工艺。制备的产物形貌、尺寸易控，纯度高，结晶度好且产物处理方便简洁，适合于中等规模工业生产。