專利名稱：一種氧化鋅空心球的低溫合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)功能材料領(lǐng)域，涉及一種低溫合成氧化鋅空心球的制備方法。
背景技術(shù)：
自1991年發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，低維納米材料(如線狀、帶狀、棒狀和空心球狀等) 由于其本身的獨(dú)特性質(zhì)和在納米器件中的潛在應(yīng)用而倍受人們的關(guān)注。氧化鋅(S1O)是一種重要的光電半導(dǎo)體材料，在室溫下具有較寬的禁帶寬度(3. 137eV)和較大的激子束縛能(60meV)，被廣泛的應(yīng)用于光電二極管、氣體傳感器、壓敏電阻和光電探測(cè)器，特別是SiO 納米結(jié)構(gòu)的室溫紫外光發(fā)射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使ZnO再次成為短波半導(dǎo)體激光器件材料研究的熱點(diǎn)，其中，氧化鋅空心球因其具有高比表面積、高吸附率以及空心結(jié)構(gòu)雙重散射等性質(zhì)， 使其在透明導(dǎo)體、發(fā)光元件、太陽能電池窗口、光波導(dǎo)器、單色場(chǎng)發(fā)射顯示器、高頻壓電轉(zhuǎn)換器、微傳感器、隔熱涂層、光致發(fā)光、燃料敏化電池電極、微型反應(yīng)器、催化領(lǐng)域方面具有廣泛的用途，而且空心球還可以用于微型反應(yīng)器，但低溫一步制備氧化鋅空心球的方法卻鮮有報(bào)道?？苋A敏等人報(bào)道了一種制備氧化鋅空心球的方法以鋅粉為初始原料，以濕化學(xué)方法為基礎(chǔ)。制備過程中空心球的形成主要分為包裹和煅燒兩個(gè)階段首先在液相中形成 Si(OH)2包裹Si的復(fù)合粒子；然后通過在600 900°C煅燒這種具有包裹結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子而最終形成氧化鋅空心球(寇華敏；王靜；潘裕柏；郭景坤，CN170677)。曹茂盛等人采用蒸氣氧化法合成氧化鋅空心球以Si粉為原料，先將石英管插入水平安放好的管式爐中，然后將管式爐升溫至940 980°C，保溫至達(dá)到穩(wěn)定的溫度。然后將平鋪一薄層Si粉的小石英舟推入石英管爐膛的位置，使粉在受熱條件下形成蒸氣。保溫1 :3min后，將石英舟平穩(wěn)勻速拉動(dòng)，10 20s后將石英舟拉出石英管，得到白色的氧化鋅空心球(曹茂盛； 王大偉；袁杰；張德慶；CN101665^4)。培生等人采用激光照射表面活性劑溶液中的鋅片和液相法，制得納米氧化鋅空心球(劉培生；曾海波；蔡偉平CN101530921)。綜上所述，目前所報(bào)道的氧化鋅空心球合成方法大多需要高溫煅燒或者激光照射等比較苛刻的條件。在較低溫度(低于100攝氏度)一步合成結(jié)晶性良好的氧化鋅空心球還未見報(bào)道。本發(fā)明與上述方法相比具有制備方法簡單、條件溫和、制得空心球形貌可控適于大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)。制得的氧化鋅空心球可以應(yīng)用于透明導(dǎo)體、發(fā)光元件、太陽能電池窗口、光波導(dǎo)器、單色場(chǎng)發(fā)射顯示器、高頻壓電轉(zhuǎn)換器、微傳感器、隔熱涂層、光致發(fā)光、燃料敏化電池電極、微型反應(yīng)器、催化領(lǐng)域方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鋅空心球的制備方法，該方法可在低溫下一步合成結(jié)晶性氧化鋅空心球，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下—種結(jié)晶性良好的氧化鋅空心球的制備方法，包括如下步驟
1)配置摩爾濃度為0. 001-lmol/L的鋅鹽水溶液；優(yōu)選鋅鹽水溶液的摩爾濃度為 0.01mol/L-lmol/L ；2)往步驟1)所得的溶液中加入六次甲基四胺和分散劑混合均勻，用氨水調(diào)節(jié)pH 值 7-12 ；3)將步驟2)所得的液體于60-95 °C下保溫0. 5-10小時(shí)；4)將步驟3)所得的產(chǎn)物經(jīng)離心、洗滌、干燥，得到結(jié)晶相氧化鋅空心球。較佳的，所述步驟1)中的鋅鹽水溶液為可溶性鋅鹽的水溶液，如氯化鋅、硫酸鋅或醋酸鋅等的水溶液。較佳的，所述步驟2)中的分散劑可以是CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)、 PAM-PAA (聚丙烯酰胺-丙烯酸，其重均分子量為200000)或PVP (聚乙烯吡咯烷酮，其重均分子量范圍為5800-13000)中的一種或多種。較佳的，所述步驟2)中，往步驟1)所得的溶液中加入六次甲基四胺和分散劑后所得溶液中六次甲基四胺的摩爾濃度為O.Olmol/L-O. lmol/L，分散劑的摩爾濃度為 0.01mol/L-0. lmol/L。所述步驟4)中，洗滌過程為采用去離子水洗滌；干燥過程可采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)方式進(jìn)行，如烘箱內(nèi)40°C干燥他。本發(fā)明還提供了一種采用上述制備方法獲得的結(jié)晶性良好的氧化鋅空心球。本發(fā)明采用上述方法制備氧化鋅空心球，通過改變鋅原料及其濃度、有機(jī)分散劑及其濃度所制備的空心球的大小和表面形貌均有所不同；該制備方法以不同的鋅原料，通過控制反應(yīng)溫度及時(shí)間等條件得到了結(jié)晶性好的氧化鋅空心球。所獲得的氧化鋅空心球的直徑為100-2000nm，空腔直徑為50-1000nm。該氧化鋅空心球的表面可以有或者沒有柱狀顆粒，其表面柱狀顆粒的長度L為Onm < L彡lOOOnm。本發(fā)明的制備方法與現(xiàn)有的傳統(tǒng)制備方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、該氧化鋅空心球制備工藝簡單，不需要復(fù)雜設(shè)備，生產(chǎn)成本低，便于控制，產(chǎn)物結(jié)晶性良好；2、該制備方法的反應(yīng)溫度低，反應(yīng)一步完成；3、該方法所制得的氧化鋅空心球的大小以及表面形貌可控；4、該方法所制得的氧化鋅空心球直徑為100-2000nm，空腔直徑為50-1000nm，表面柱狀顆粒長度為O-lOOOnm。本發(fā)明所制得的氧化鋅空心球可應(yīng)用于透明導(dǎo)體、發(fā)光元件、太陽能電池窗口、光波導(dǎo)器、單色場(chǎng)發(fā)射顯示器、高頻壓電轉(zhuǎn)換器、微傳感器、隔熱涂層、光致發(fā)光、燃料敏化電池電極、微型反應(yīng)器、催化領(lǐng)域中。


圖1為實(shí)施例5制得的氧化鋅空心球的掃描電鏡照片；圖2為實(shí)施例5制得的氧化鋅空心球的透射電鏡照片；圖3為實(shí)施例3制得的氧化鋅粉體的XRD圖譜；圖4為實(shí)施例2表面有短棒的氧化鋅空心球的透射電鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1配置濃度為0. 01mol/L的氯化鋅水溶液，劇烈攪拌10分鐘，稱取一定量六次甲基四胺加入上述溶液，六次甲基四胺在溶液中的摩爾濃度為0. lmol/L。將一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP，平均分子量58000)分散于上述溶液中至PVP在溶液中的摩爾濃度為 0. 01mol/Lo然后滴加氨水將PH調(diào)至11，將上述溶液加入IOOml燒杯，60攝氏度保溫10小時(shí)冷卻后離心分離，用去離子水洗滌后，在烘箱內(nèi)40°C干燥他。經(jīng)檢測(cè)，制得的空心球直徑為lOOOnm，空腔直徑為600nm，表面柱狀粒子長度為Onm。實(shí)施例2配置濃度為lmol/L的硫酸鋅水溶液，劇烈攪拌10分鐘，稱取一定量六次甲基四胺加入上述溶液，六次甲基四胺在溶液中的摩爾濃度為0. 01mol/Lo將一定量的CTAB分散于上述溶液中至CTAB在溶液中的摩爾濃度為0. lmol/L。然后滴加氨水將pH調(diào)至7，將上述溶液加入100ml燒杯，60攝氏度保溫6小時(shí)冷卻后離心分離，用去離子水洗滌后，在烘箱內(nèi) 40°C干燥6h。經(jīng)檢測(cè)，制得的空心球直徑為600nm，空腔直徑為400nm，表面柱狀粒子長度為 20nmo實(shí)施例3配置濃度為0. 5mol/L的硫酸鋅水溶液，劇烈攪拌10分鐘，稱取一定量六次甲基四胺加入上述溶液，六次甲基四胺在溶液中的摩爾濃度為0.05mol/L。將一定量的 PAM-PAA(平均分子量為200000)分散于上述溶液中至PAM-PAA在溶液中的摩爾濃度為 0. 05mol/L。然后滴加氨水將pH調(diào)至12，將上述溶液加入100ml燒杯，60攝氏度保溫0. 5 小時(shí)冷卻后離心分離，用去離子水洗滌后，在烘箱內(nèi)40°C干燥他。經(jīng)檢測(cè)，制得的空心球直徑為200nm，空腔直徑為50nm，表面柱狀粒子長度為lOOOnm。實(shí)施例4配置濃度為0. 5mol/L的醋酸鋅水溶液，劇烈攪拌10分鐘，稱取一定量六次甲基四胺加入上述溶液，六次甲基四胺在溶液中的摩爾濃度為0. lmol/L。將一定量的PAM-PAA(平均分子量為200000)分散于上述溶液中至PAM-PAA在溶液中的摩爾濃度為0. 08mol/L。然后滴加氨水將PH調(diào)至9，將上述溶液加入100ml燒杯60攝氏度保溫6小時(shí)冷卻后離心分離，用去離子水洗滌后，在烘箱內(nèi)40°C干燥6h。經(jīng)檢測(cè)，制得的空心球直徑為300nm，空腔直徑為200nm，表面柱狀粒子長度為200nm。實(shí)施例5配置濃度為0. 01mol/L的氯化鋅水溶液，劇烈攪拌10分鐘，稱取一定量六次甲基四胺加入上述溶液，六次甲基四胺在溶液中的摩爾濃度為0. lmol/L。將一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP，平均分子量58000)分散于上述溶液中至PVP在溶液中的摩爾濃度為 0. 01mol/Lo然后滴加氨水將PH調(diào)至11，將上述溶液加入100ml燒杯，70攝氏度保溫10小時(shí)冷卻后離心分離，用去離子水洗滌后，在烘箱內(nèi)40°C干燥他。經(jīng)檢測(cè)，制得的空心球直徑為500nm，空腔直徑為400nm，表面柱狀粒子長度為Onm。實(shí)施例6
配置濃度為0. 01mol/L的氯化鋅水溶液，劇烈攪拌10分鐘，稱取一定量六次甲基四胺加入上述溶液，六次甲基四胺在溶液中的摩爾濃度為0. lmol/L。將一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP，平均分子量58000)分散于上述溶液中至PVP在溶液中的摩爾濃度為 0. 01mol/Lo然后滴加氨水將PH調(diào)至11，將上述溶液加入IOOml燒杯，95攝氏度保溫10小時(shí)冷卻后離心分離，用去離子水洗滌后，在烘箱內(nèi)40°C干燥他。經(jīng)檢測(cè)，制得的空心球直徑為700nm，空腔直徑為500nm，表面柱狀粒子長度為lOOnm。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋅空心球的制備方法，包括如下步驟1)配置摩爾濃度為0.001-lmol/L的鋅鹽水溶液；2)往步驟1)所得的溶液中加入六次甲基四胺和分散劑混合均勻，用氨水調(diào)節(jié)PH值 7-12 ；3)將步驟2)所得的液體于60-95°C下保溫0.5-10小時(shí)；4)將步驟3)所得的產(chǎn)物經(jīng)離心、洗滌、干燥，得到結(jié)晶相氧化鋅空心球。
2.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅空心球的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中的鋅鹽選自氯化鋅、硫酸鋅或醋酸鋅。
3.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅空心球的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中的分散劑選自CTAB、PAM-PAA或PVP中的一種或多種。
4.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅空心球的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，往步驟 1)所得的溶液中加入六次甲基四胺和分散劑后所得溶液中六次甲基四胺的摩爾濃度為 0. 01mol/L-0. lmol/L，分散劑的摩爾濃度為 0. 01mol/L-0. lmol/L。
5.一種氧化鋅空心球，其特征在于，由權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的氧化鋅空心球的制備方法制得。
6.如權(quán)利要求5所述的氧化鋅空心球，其特征在于，所述氧化鋅空心球的直徑為 100-2000nm,空腔直徑為 50_1000nm。
7.如權(quán)利要求5所述的氧化鋅空心球，其特征在于，所述氧化鋅空心球的表面柱狀顆粒的長度L為Onm < L彡lOOOnm。
8.如權(quán)利要求5-7中任一權(quán)利要求所述的氧化鋅空心球在透明導(dǎo)體、發(fā)光元件、太陽能電池窗口、光波導(dǎo)器、單色場(chǎng)發(fā)射顯示器、高頻壓電轉(zhuǎn)換器、微傳感器、隔熱涂層、光致發(fā)光、燃料敏化電池電極、微型反應(yīng)器以及催化領(lǐng)域中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于無機(jī)功能材料領(lǐng)域，涉及一種結(jié)晶性良好的氧化鋅空心球的低溫合成方法，包括如下步驟1)配置摩爾濃度為0.001-1mol/L的鋅鹽水溶液；2)往步驟1)所得的溶液中加入六次甲基四胺和分散劑混合均勻，用氨水調(diào)節(jié)pH值7-12；3)將步驟2)所得的液體于60-95℃下保溫0.5-10小時(shí)；4)將步驟3)所得的產(chǎn)物經(jīng)離心、洗滌、干燥，得到結(jié)晶相氧化鋅空心球。本發(fā)明提供的制備方法與現(xiàn)有的制備工藝相比，所得到的氧化鋅空心球粒徑可控、壁厚均勻，具有工藝簡單、生產(chǎn)成本低和適于工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01G9/02GK102398916SQ20101027428
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者曹傳祥, 羅宏杰, 高彥峰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所