[发明专利]一种含铁酸锌的纳米结构阵列的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种含铁酸锌的纳米结构阵列的制备方法。首先，在基底上制备ZnO纳米棒阵列，然后使ZnO纳米棒阵列与三氯化铁溶液接触进行反应，之后将反应后的固相清洗、干燥，即得含铁酸锌的纳米结构阵列。此方法操作简单，能够可控的制备出含铁酸锌的纳米结构阵列。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种含铁酸锌的纳米结构阵列的制备方法及其应用。

背景技术

纳米结构阵列作为一种有序的纳米结构，它不单具有单一纳米结构单元的集成效应，而且还具有单一纳米结构或单元所不具备的协同效应、耦合效应等。纳米阵列结构体系是纳米元器件设计和应用的基础，为研究新的物理化学现象提供新的对象。大规模控制合成纳米结构阵列是当今纳米材料研究中的奠基石，也是最具有挑战性的研究课题。

铁酸盐是一类以Fe(III)氧化物为主要成分的复合氧化物。随着研究不断地深入，它作为新兴的功能材料在生物医学、分离医学、催化等领域中显示出了广泛的应用前景。其中，尖晶石型铁酸盐是一类重要的催化剂，铁酸盐作为催化剂已经应用于合成氨及乙苯、丁烯的氧化脱氢反应中。近期，有研究表明氧缺位铁酸盐在治理大气污染方面有良好的应用前景。铁酸锌(ZnFe₂O₄)是一种重要的材料，作为催化剂在光催化和太阳能转换领域有着广泛的应用，并且，ZnFe₂O₄作为一类过渡金属氧化物展现出高容量的特征，在锂离子电池领域也展现了良好的特性。

目前，合成铁酸锌的主要方法为水热法，但是该方法条件苛刻，难以实现大面积形貌均一纳米材料阵列的可控制备，阻碍了该类材料进一步的开发与利用。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种在常温常压下使氧化锌纳米棒阵列与三氯化铁溶液进行原位反应，制备含铁酸锌的纳米结构阵列的方法。

本发明通过如下技术方案实现：

一种含铁酸锌的纳米结构阵列的制备方法，包括：

步骤I、提供基底，在基底上制备ZnO纳米棒阵列；

步骤II、使所述ZnO纳米棒阵列与三氯化铁溶液接触反应，之后将反应后的固相清洗、干燥。

根据本发明，所述含铁酸锌的纳米结构阵列为单一组分的铁酸锌纳米结构阵列和氧化锌/铁酸锌复合纳米结构阵列，优选地，所述单一组分的铁酸锌纳米结构阵列为铁酸锌纳米管阵列，所述氧化锌/铁酸锌复合纳米结构阵列为氧化锌/铁酸锌纳米棒阵列。其中，所述氧化锌/铁酸锌纳米棒阵列是指以氧化锌为芯，铁酸锌为壳的复合纳米棒阵列。

根据本发明，所述三氯化铁溶液优选为三氯化铁的有机溶液，一般选自极性溶液，优选为沸点较低的有机溶液，例如可以选自三氯化铁的丙酮溶液、三氯化铁的乙醇溶液和三氯化铁的甲醇溶液。这些低沸点的溶液易挥发，后处理过程简单。在本发明的一个实施方式中使用的是三氯化铁的丙酮溶液。

在本发明的优选实施方式中，三氯化铁溶液的浓度为0.001M-0.1M，优选为0.001M-0.05M，ZnO纳米棒阵列与三氯化铁溶液接触时间为2s-30s，优选为2-10s。

根据本发明，所述ZnO纳米棒阵列与三氯化铁溶液接触的方式为：ZnO纳米棒阵列浸渍于三氯化铁溶液中或三氯化铁溶液铺展在所述ZnO纳米棒阵列上。在本发明的优选实施方式中，三氯化铁溶液铺展在所述ZnO纳米棒阵列上采用如下方式进行：将三氯化铁溶液滴加到生长有ZnO纳米棒阵列的基底上使ZnO纳米棒阵列表面覆盖一层三氯化铁溶液。如果采用三氯化铁溶液铺展在所述ZnO纳米棒阵列上这种接触方式，根据需要，步骤II可循环进行，优选地，循环步骤II 1-15次，所述循环步骤II是指将步骤II干燥后的样品再次与三氯化铁溶液接触反应，然后将反应后的固相进行清洗、干燥。