[发明专利]一种银-氧化锌纳米复合结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种金属-半导体纳米复合结构的制备方法，具体地说，涉及一种银-氧化锌纳米复合结构的制备方法。

背景技术

金属-半导体纳米复合结构由于具有独特的光、电、磁及催化性能而受到越来越广泛的重视。贵金属与半导体的物理化学性质差异明显，其构成的复合纳米结构中各组分之间可以产生强相互耦合作用，不仅可以增强半导体和贵金属材料各自的本征特征，而且还可以表现出许多新特性。氧化锌是一种重要的宽禁带、高激子束缚能氧化物半导体材料，在紫外激光器、压电材料、气敏材料、传感器、光催化、太阳能电池等方面有着广阔的应用前景。纳米银颗粒具有良好的导电性、广谱抗菌活性和表面增强拉曼散射效应(SERS)，是一种十分重要的功能纳米材料。银-氧化锌纳米复合结构集纳米银颗粒的广谱抗菌活性、表面等离子体共振特性和氧化锌的光催化性能于一身，同时克服了纳米银价格昂贵、易团聚、易变色及氧化锌光照激发电子-空穴对分离效率低的缺点，使氧化锌的光催化活性、抗菌活性、表面增强拉曼散射效应、光谱吸收范围得到增强和拓宽，因此是一种极具发展潜力的新型功能材料，在污水处理、生物传感器、医疗器械、食品包装、建筑材料、化妆品、纺织品、家用电器、通讯材料等领域有着广阔的应用前景。众所周知复合纳米材料的性能与其组分的尺寸、形貌、晶面取向及界面结构密切相关，制备高性能银-氧化锌纳米复合结构的关键是控制纳米银和氧化锌的尺寸、形貌、界面结构以及纳米银在氧化锌上的负载量和均匀程度，所以建立一种可控制备银-氧化锌纳米复合结构的有效方法就显得尤为重要。

目前，制备银-氧化锌纳米复合物的方法主要有两种。一种是原位合成法，是指采用锌盐与银盐直接反应得到含银、锌元素的复合前驱物或混合溶液，再经过煅烧或水热处理的方法得到银-氧化锌纳米复合物。这种方法中氧化锌和纳米银的尺寸与形貌都受到反应条件的影响，所得产物的尺寸与形貌不易控制，产物需高温煅烧处理，导致其表面纳米银颗粒易被氧化，因此产物的光电性能较差，通常只适合于制备纳米抗菌材料。例如：中国专利CN1328170C公开了一种银表面修饰纳米氧化锌及其制备方法，首先利用草酸锌与可溶性银盐按一定摩尔比混合后过滤烘干得到草酸锌与银盐的加合物，再将加合物在240～900℃煅烧得到表面点缀或包覆纳米银的银/氧化锌纳米复合材料。中国专利CN100500003C公开了一种纳米复合抗菌剂的制备方法，首先利用硫酸锌或硝酸锌、硝酸银碳酸氢铵的混合水溶液制得含有银/锌的前驱体混合物，然后加热分解前驱体得到具有抗菌和杀菌功能的银-氧化锌纳米复合抗菌材料。中国发明专利CN102502779A提供了一种载银氧化锌纳米复合粉体的快速制备方法，以可溶性锌盐、银盐、尿素为主要原料，柠檬酸为助剂，混合研磨至浆状，利用燃烧法在600～900℃的温度条件下煅烧0.5～2min，得到银-氧化锌纳米复合粉体。

另一种是负载法，是指利用离子溅射法、紫外光还原法、浸渍高温焙烧法、液相还原法等物理或化学方法，将纳米银颗粒沉积或负载到已制备好的纳米氧化锌的表面上。这种方法中虽然氧化锌可以预先合成，但是负载纳米银的尺寸、形貌及负载量受到反应条件的影响，不易控制。同时这些方法还不同程度存在工艺繁复、设备昂贵、不易大规模工业化生产等缺点。例如：中国专利CN1103030095A公开了一种修饰有银纳米颗粒的氧化锌纳米阵列的制备方法，首先利用电化学沉积法在覆有氧化锌种子层的衬底上生长出顶端呈尖锐状的氧化锌纳米棒的有序阵列，将阵列置于带有银靶的离子溅射仪中溅射6～20分钟，制得修饰有粒径为25～35nm、颗粒之间间距10nm的银纳米颗粒的氧化锌纳米棒阵列。中国发明专利CN103170331A提供了一种微纳结构氧化锌高效负载银纳米颗粒的制备方法，首先将制备的氧化锌粉末分散在氯化亚锡的乙醇溶液中搅拌，得到淡灰色的浑浊液，离心、干燥处理，得到敏化氧化锌；敏化后的氧化锌分散在硝酸银乙醇溶液中，种籽晶自然沉积，去除上层液体，得到淡褐色粉末；最后在银氨溶液中，利用甲醛为还原剂，生长银颗粒，自然沉降，取沉淀物干燥，得到银/氧化锌目标产物。中国专利CN1771807B公开了一种氧化锌晶格载银无机抗菌剂及其制备方法，首先将中将含银溶液喷洒在四针状氧化锌晶须上制备成混合原料，再将混合原料干燥、高温焙烧，得到氧化锌晶格载银无机抗菌材料。