[发明专利]一种具有表面修饰的ZnO纳米柱材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种具有表面修饰的ZnO纳米柱材料的制备方法。

背景技术

ZnO是一种宽禁带的半导体材料，其禁带宽度为3.37 eV, 室温下的激子束缚能高达60meV，具有优良的热稳定性及良好光电特性。近年来，各种形貌的ZnO纳米结构被相继的制备出来，如纳米线、纳米柱、纳米带、纳米管等，这些ZnO纳米材料以其独特的光电性能迅速引起了学术界和工业界的广泛关注，使其在光电子器件。尤其是在染料敏化太阳电池(DSSC)中具有潜在的应用价值。作为染料敏化太阳电池光阳极材料, 一维的ZnO纳米线或纳米棒已得到广泛研究。这类结构的光阳极具有快速的电子直线传输通道，能有效避免电子的复合损耗，但另一方面，这类单一的纳米结构形态使得光阳极比表面积难以得到有效提高，限制了染料的装载量，因而电池的光电转换效率较低。采用本发明的方法可通过一步简单的水热合成法制备出表面修饰的ZnO纳米柱，取向均一，产率高，同时具有纳米凹坑的表面修饰。制备DSSC光阳极过程中，若同时添加二氧化钛纳米颗粒（P25）将有效提高DSSC光阳极对染料的吸附能力，P25将自行填充于ZnO纳米柱凹坑处，既增强了两种结构的结合能力，同时将有效地降低两个界面之间的复合，进而提高DSSC电池的效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有表面修饰的ZnO纳米柱材料的制备方法。

一种具有均匀表面修饰的ZnO纳米柱材料的制备方法，包括具体步骤如下：

a. 将0.02~0.03M的Zn(CH₃COO)₂溶液与0.02~0.03M的乌洛托品（C_6.H₁₂N₄）溶液按体积1:1混合均匀，得到混合溶液；

b.将步骤a得到的混合溶液倒入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，拧紧后在干燥箱中60~100℃下反应6~10小时；

c.反应完成后，自然冷却，将步骤b中的溶液进行离心分离，得到ZnO白色粉末，然后在干燥箱中进行干燥，得到具有均匀表面修饰的ZnO纳米柱材料。

本发明的有益效果为：本发明的方法成本低、可操作性强、低温容易控制；制备出的具有表面修饰的ZnO纳米柱材料，结构形貌均一，将这种均匀生长的纳米结构应用于DSSC中将同时具备以下两种优势：ZnO纳米柱高的电荷传输效率；与P25进行物理掺杂制备DSSC光阳极材料，因其表面凹坑的修饰将有效提高P25的填充力，增强两种材料的结合性能，降低两种结构的表面界面的复合，因而将提高DSSC电池的光电转换效率，此ZnO纳米柱材料可应用于紫外激光、发光器件以及太阳能电池等领域。

附图说明

图1为形貌均一且具有表面修饰的ZnO纳米柱材料的扫描电镜图。

具体实施方式

本发明提出一种形貌均一且具有表面修饰的ZnO纳米柱结构的制备方法。下面结合附图和实施例对本发明予以进一步说明。

实施例一

1. 配置0.023M的ZnNO_3.水溶液20ml于玻璃烧杯中，磁力搅拌至完全分散。

2. 配置0.022M的乌洛托品水溶液20ml于玻璃烧杯中，磁力搅拌至完全分散。

3. 将步骤3中的乌洛托品水溶液倒入步骤2的ZnNO_3.水溶液中，继续搅拌至均匀分散。

4. 进行水热合成反应：将步骤3得到的混合溶液倒入反应釜中，拧紧后在干燥箱中95℃反应8小时。

5. 反应完成后，自然冷却，将步骤4中的溶液反复离心分离得到白色ZnO粉末，最后在干燥箱中进行干燥以待使用。

6.将步骤5中ZnO白色粉末粘上导电胶导通于样品台上，进行SEM测试，样品形貌如图1所示。

实施例二

1. 配置0.024M的ZnNO_3.水溶液20ml于玻璃烧杯中，磁力搅拌至完全分散。

2. 配置0.023M的乌洛托品水溶液20ml于玻璃烧杯中，磁力搅拌至完全分散。

3. 将步骤3中的乌洛托品水溶液倒入步骤2的ZnNO_3.水溶液中，继续搅拌至均匀分散。

4. 进行水热合成反应：将步骤3得到的混合溶液倒入反应釜中，拧紧后在干燥箱中85℃反应9小时。

5. 反应完成后，自然冷却，将步骤4中的溶液反复离心分离得到白色ZnO粉末，最后在干燥箱中进行干燥以待使用。