[发明专利]一种棒形氧化锌纳米晶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料技术领域，涉及一种棒形氧化锌纳米晶的制备方法。

背景技术

纳米材料由于具有表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等纳米效应而表现出与常规体材料不同的奇异特性，在国防、航空航天、生物医药、化工、信息等行业具有极大的应用潜力，因而成为国内外的研究、应用热点。氧化锌纳米晶体是一种新型高功能精细无机产品，随着尺寸的减小，其在光学、磁学、力学、电学等方面表现出许多特殊功能，使其在功能陶瓷、电子、光致发光、光催化降解、生物医药、紫外线屏蔽等众多领域具有重大的应用价值而引起人们极大的研究热情。氧化锌纳米晶体的形貌与尺寸对其性能有着巨大的影响，不同的制备工艺所得到的氧化锌纳米晶体具有不同的形貌及尺寸，彼此之间相差甚大，故其形貌与尺寸的控制也是人们关注的焦点。目前已报道的形貌有花状、棒形、球状、管状、片状、环状等，所采用的制备方法有Sol-gel法、热分解法、化学气相沉积法、水热合成法、直接沉淀法、均匀沉淀法、物理粉碎法等。

现有的氧化锌粒形纳米粉体的制备方法，该方法先在6~15℃的条件下将氢氧化钠溶液加入锌盐水溶液中以制备氢氧化锌胶体沉淀，将氢氧化锌胶体放入甲苯、环己烷等溶剂中打浆后加入模板剂，然后以特定的速率升温至160~200℃或360~400℃，恒温反应一定时间后冷却、洗涤，得到粒形氧化锌纳米晶体。该方法过程繁复，温度不易控制，需采用甲苯等有机溶剂，对环境不利。

现有的氧化锌纳米晶体的制备方法，该方法采先将氨水溶液滴加到硫酸锌溶液中，再向混合溶液中加入碳酸氢铵溶液，将得到的ZnCO₃·Zn(OH)₂洗涤、分离、干燥后在150~600℃下煅烧1.5~2.5小时，即得氧化锌纳米晶体粉体。该方法所得氧化锌尺寸及形貌不易控制，且需采用硅烷或硬脂酸作表面修饰剂。

现有的棒形氧化锌纳米晶体的制备方法，该方法先将一定比例的金属锌盐溶液和醇胺化合物溶液同时注入到60~100℃的水中，陈化一定时间后洗涤、分离即得棒形氧化锌纳米晶体。该方法操作不便，需采用二乙醇胺等有机溶剂，所的产物尺寸均匀性不易保证、工艺成本高、对环境保护不利。

现有的氧化锌纳米晶体粉体的制备方法，该方法先将硬脂酸钠、十二烷基硫酸钠等分散剂加入锌盐溶液中得到混合溶液，然后在2000~5000rpm的搅拌速度下向混合溶液中滴加碳酸盐溶液进行前驱体的水热合成反应，将所得悬浮液过滤，滤饼洗涤、干燥、煅烧、研磨后即得氧化锌纳米晶体粉体。该方法过程繁复，需采用有机分散剂，所得产物形貌不易控制，尺寸均匀性不易保障。

以上所述氧化锌纳米晶体的制备方法，工艺过程普遍较繁复、产物形貌不均匀，尺寸不易控制，同时因为修饰剂、有机醇胺等化合物的引入对环境保护不利，不适于产业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种棒形氧化锌纳米晶的制备方法，解决了现有技术中，工艺过程普遍较繁复、产物形貌不均匀，尺寸不易控制，同时因为修饰剂、有机醇胺等化合物的引入对环境保护不利的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种棒形氧化锌纳米晶的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1、在≤25℃的室温下将0.001~1mol/L的氨水溶液滴加到0.001~1mol/L的锌盐水溶液中至pH=7~8，滴加速度控制在2~4mL/min，充分反应0.5~1h后，用水洗涤，离心分离，得到无定形氢氧化锌；

步骤2、将步骤1所得的无定形氢氧化锌配制成0.001~1mol/L的分散体系，然后加入0.001~1mol/L的氢氧化钾溶液，混合溶液的摩尔比控制为KOH:Zn(OH)₂=1：(0.5~6），混合溶液的pH控制为14；在75~95℃下再将该混合溶液恒温反应2~8h，所得沉淀用水洗涤、离心分离，在40~100℃干燥8~24h后，即得到棒形氧化锌纳米晶体。

本发明的有益效果是：

1）该方法采用湿化学合成技术，不需要使用任何表面活性剂及有机添加剂，无污染、对环境友好。

2）该方法不需要特殊的基底与模板，在溶液中直接通过化学反应合成。

3）该方法得到的产物为棒形氧化锌纳米晶体，7~25nm，长度约为12~100nm。

4）其光催化降解燃料（甲基橙水溶液）性能显著优于常规方法制备的ZnO纳米晶，光催化速率常数在同条件下测试提高150~200%以上