本發(fā)明涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

ZnO(氧化鋅)是Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶直接帶隙化合物半導(dǎo)體，其為六角釬鋅礦結(jié)構(gòu)，在室溫下其禁帶寬度約為3.37eV。三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)在晶格、光電、壓電、氣敏、壓敏等許多方面具有優(yōu)異的性能，熱穩(wěn)定性高，在表面聲波器件、太陽能電池、氣敏和壓敏器件等很多方面得到了較為廣泛的應(yīng)用，在紫外探測器等諸多領(lǐng)域也有著巨大的開發(fā)潛力。而且三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的許多制作工藝與集成電路工藝相容，可與硅等多種半導(dǎo)體器件實現(xiàn)集成化，因而備受人們重視，具有廣闊的發(fā)展前景。

目前，三維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)制備方法多種多樣，主要有：氣相沉積法、射頻濺射法、化學(xué)分子束蒸發(fā)沉積、噴霧熱分解法、雙離子束濺射沉積法、脈沖激光沉積、以及溶膠-凝膠法等，但是，以上方法都比較繁瑣，制備過程較為復(fù)雜。因此，尋找一種工藝簡單、條件溫和的制備三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的方法具有重要意義，也是是研究的重點所在。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，工藝簡單，設(shè)備要求低，產(chǎn)品純度高。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次用乙醇、水在超聲條件下清洗；

(2)將無水乙醇和濃鹽酸混合均勻后加入反應(yīng)釜中，將處理過的鋅片浸入混合液，密閉反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中超聲清洗時間為10～20min。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中無水乙醇和濃鹽酸的體積比為20～200：1。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中濃鹽酸濃度不小于8mol/L。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中反應(yīng)溫度為40℃～100℃。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中反應(yīng)時間為4～8h。

本發(fā)明還提供了一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，所述制備方法制備出的三維氧化鋅納米條可用作電化學(xué)傳感電極應(yīng)用于電化學(xué)傳感器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明所述的一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，工藝簡單，設(shè)備要求低，所制備出來的產(chǎn)物純度高、分散性好、晶形好且可控制，生產(chǎn)成本低，重現(xiàn)性好。所制備出的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，作為傳感器材料可以與待測物充分接觸，使電催化反應(yīng)充分高效。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為實施例1制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片(SEM)；

圖2為實施例1制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)對水合肼進(jìn)行電化學(xué)檢測的循環(huán)伏安圖(CV)；

其中，1為pH＝13的氫氧化鈉溶液中未加入水合肼的循環(huán)伏安曲線；

2為pH＝13的氫氧化鈉溶液中加了0.05mM水合肼的循環(huán)伏安曲線；

3為pH＝13的氫氧化鈉溶液中加了0.1mM水合肼的循環(huán)伏安曲線；

圖3為裸鋅對肼進(jìn)行電化學(xué)檢測的循環(huán)伏安圖(CV)；

其中，1為潔凈的未生長氧化鋅的鋅片在pH＝13的氫氧化鈉溶液中未加水合肼的線性掃描伏安圖；

2為潔凈的未生長氧化鋅的鋅片在pH＝13的氫氧化鈉溶液中加了0.05mM水合肼的線性掃描伏安圖；

3為潔凈的未生長氧化鋅的鋅片在pH＝13的氫氧化鈉溶液中加了0.1mM水合肼的線性掃描伏安圖；

圖4為氧化鋅的時間電流曲線(I-T圖)；

圖5為實施例2制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片(SEM)；

圖6為實施例3制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片(SEM)；

圖7為實施例4制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片(SEM)；

圖8為實施例5制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片(SEM)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，例如Sambrook等分子克隆：實驗室手冊(New York:Cold Spring Harbor Laboratory Press,1989)中所述的條件，或按照制造廠商所建議的條件。

實施例1：

本實施例涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次放入乙醇、水中進(jìn)行超聲清洗15min；

(2)將20mL無水乙醇和0.1mL12mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60mL反應(yīng)釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，密閉反應(yīng)釜，在80℃下反應(yīng)6小時，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

將實施例1制備好的包覆三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片，直接用來作為電極，應(yīng)用于電化學(xué)性質(zhì)測試。以NaOH溶液作為電解質(zhì)，對水合肼進(jìn)行檢測。

取10mL 0.1mol/L NaOH溶液作為電解質(zhì)溶液放入電解槽中，將實施例1中制備的電極作為工作電極，設(shè)定好相關(guān)參數(shù)，在未加入肼時測循環(huán)伏安曲線，圖2中曲線1所示，然后用微量進(jìn)樣器取50μL 0.01mol/L的肼注入電解槽，測量得圖2中曲線2，電解槽中肼的濃度為0.05mmol/L。比較曲線1和2可發(fā)現(xiàn)，在電勢0.6V，有相應(yīng)的較大電流變化，說明該電極對肼有電化學(xué)響應(yīng)，再繼續(xù)加入50μL 0.01M的肼，測得的循環(huán)伏安曲線3在電勢0.6V有更強(qiáng)的電流響應(yīng)，而此時電解槽中的肼的濃度為0.1mmol/L。從圖2中我們可以看到，曲線3與曲線1電流峰差值是曲線2與曲線1電流峰差值的2倍。并且曲線3時電解槽中水合肼的濃度(0.1mmol/L)是曲線2時電解槽中水合肼的濃度(0.05mmol/L)的2倍，說明響應(yīng)電流與肼濃度呈線性關(guān)系。

為了驗證電流響應(yīng)是由三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)引起而非鋅片的直接作用，本發(fā)明提供了對比實驗。即將潔凈的未生長氧化鋅的鋅片，且規(guī)格相同的鋅片作為工作電極檢測肼，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在加了50μL濃度為0.01mol/L水合肼和加了100μL濃度為0.01mol/L水合肼，如圖3中曲線2和曲線3所示，在電勢0.6V處電流響應(yīng)較小，與未加肼的循環(huán)伏安去曲線幾乎重合，如圖3中曲線1所示，這充分證明本發(fā)明提供的電極對水合肼有電化學(xué)響應(yīng)。

為進(jìn)一步研究本發(fā)明的電化學(xué)性質(zhì)，還做了電極的時間-電流曲線圖，如圖4所示。即每隔50秒，加入相同或不同濃度的肼，每加一次都會產(chǎn)生一個臺階，直到不再產(chǎn)生臺階為止。測得本發(fā)明實施例1制備的電極對肼響應(yīng)時間平均小于3秒，檢測限為0.1μM，線性范圍是0.05～1050mM，表明該電極可以作為肼的電化學(xué)傳感器。

實施例2：

本實施例涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次放入乙醇、水中進(jìn)行超聲清洗20min；

(2)將20mL無水乙醇和0.4mL 10mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60mL反應(yīng)釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，密閉反應(yīng)釜，在40℃下反應(yīng)4小時，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

實施例3：

本實施例涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次放入乙醇、水中進(jìn)行超聲清洗15min；

(2)將20mL無水乙醇和1.0mL 12mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60mL反應(yīng)釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，密閉反應(yīng)釜，在90℃下反應(yīng)5小時，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

實施例4：

本實施例涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次放入乙醇、水中進(jìn)行超聲清洗10min；

(2)將20mL無水乙醇和0.2mL 8mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60mL反應(yīng)釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，密閉反應(yīng)釜，在50℃下反應(yīng)7小時，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

實施例5：

本實施例涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋅片依次放入乙醇、水中進(jìn)行超聲清洗15min；

(2)將20mL無水乙醇和0.2mL 11mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60mL反應(yīng)釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，密閉反應(yīng)釜，在100℃下反應(yīng)8小時，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，如圖8所示。

本發(fā)明所述的一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，是在密閉的高溫高壓反應(yīng)釜中，采用乙醇做反應(yīng)溶劑，通過加熱反應(yīng)體系，產(chǎn)生一個高壓環(huán)境而進(jìn)行材料制備的一種有效方法。本發(fā)明選擇在鋅片上生長三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，是基于鋅片在酸性條件下，高壓加熱，能在表面生成一層三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備方法產(chǎn)物純度高、分散性好、晶形好且可控制，生產(chǎn)成本低，重現(xiàn)性好。所制備出的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，作為傳感器材料可以與待測物充分接觸，使電催化反應(yīng)充分高效。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。