專利名稱：一種有機弱堿合成ZnO納米結構的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種合成ZnO納米結構的方法,尤其涉及一種有機弱堿合成ZnO納米結構的方法。
背景技術：
ZnO是重要的II-VI低成本半導體材料，被廣泛應用于催化劑，壓敏器件，光電子和光電化學，近年來越來受到人們的關注。目前ZnO納米棒的制備方法主要包括氣相熱化學合成法、金屬有機化學氣相沉積、物理熱蒸發(fā)法、分子束外延法、模板法和化學熱液法等。相對而言，化學熱液法具有設備簡單，反應條件溫和，無需催化劑，環(huán)境友好等特點。一般傳 統(tǒng)熱液法制備ZnO納米結構的工藝用六亞甲基四胺或者氫氧化鈉作為反應劑，通常也會添加一些表面活性劑或者絡合劑。ZhouYing等人通過添加聚乙烯，利用熱液法調整反應溫度95°C 反應4h,制備了氧化鋒納米棒(Ying Zhou et al. Materials Research Bulletin, 43，2113(2008))。EIJI H0S0N0等人以醋酸鋅為原料，通過控制酒精-水的比例，沒有添加堿，制備出球狀 ZnO 納米結構(EIJI H0S0N0 et al. J SOL-GEL SCI TECHN. ,29,71 (2004))。Sriparna Chatterjee等人以硝酸鋅作為鋅源,添加十六燒基三甲基溴化銨,在90°C反應爸中反應 12h，制備出板型 ZnO 晶體(Sriparna Chatterjee et al. J NANOSCI NAN0TECHN0.,11,10379(2011))。由此可見，通過熱液法，不同的溶劑體系可以制備出不同形貌的ZnO結構。本方法首次利用有機弱堿替代傳統(tǒng)的六亞甲基四胺制備出不同形態(tài)的ZnO納米結構。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明的新穎之處在于有機弱堿在實驗中即作為原料，又可以作為溶劑，通過改變反應介質中的有機弱堿含量控制納米顆粒形態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了改進現(xiàn)有技術的不足而提供一種有機弱堿合成ZnO納米結構的方法。該方法具有合成工藝簡單，無需添加表面活性劑或絡合劑，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點。本發(fā)明的技術方案為一種有機弱堿合成ZnO納米結構的方法，其具體步驟如下將醋酸鋅加入到介質中攪拌，配得Zn2+濃度為O. 01 O. 04M的醋酸鋅溶液；然后將醋酸鋅溶液置于80 95°C恒溫水浴槽中反應I 3h，自然冷卻；再將產(chǎn)物離心分離，洗滌，烘干，得到納米結構ZnO ;其中所述的介質為有機弱堿或者是水與有機弱堿的混合溶液。優(yōu)選所述有機弱堿為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、甲酰胺、六甲基磷酰三胺或N，N-二甲基丙酰胺。優(yōu)選水與有機弱堿的混合溶液中水與有機弱堿的體積比為1:4 4:1。優(yōu)選將醋酸鋅加入到介質中的攪拌時間為10 30min ;優(yōu)選離心分離的轉速為2000 4000rpm,離心分離時間為5 15min。優(yōu)選上述的烘干溫度為180 22CTC。優(yōu)選洗滌過程為先用去離子水洗滌產(chǎn)物3 5次，再用無水乙醇洗滌3 5次。有益效果
I)傳統(tǒng)制備ZnO納米結構的熱液法工藝常以六亞甲基四胺作為反應劑，存在需要添加表面活性劑或者絡合劑等缺點。本發(fā)明的最大特點在于使用有機弱堿替代六亞甲基四胺，其即作為溶劑，又可以作為反應劑，在不用添加任何輔助物的條件下，合成出ZnO納米結構。2)本發(fā)明方法所用的設備簡單，沒有用到大型或者是專用設備，技術門檻低，易操作，成本低，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)。


圖I是有機弱堿與水不同體積比下制備的ZnO納米結構掃描電鏡圖；圖2是有機弱堿與水不同體積比下制備的ZnO納米結構XRD圖。
具體實施例方式通過下述實例將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。實施例I稱取O. 2195gZn(CH3COO)2 · 2H20放入燒杯中，然后量取50ml 二甲基乙酰胺加入到燒杯中，400轉/分鐘速度下機械攪拌lOmin，得到渾濁的溶液。再將上述反應溶液置于80°C的恒溫水浴箱中，反應lh。反應結束，自然冷卻至室溫。2000轉/分鐘速度下離心分離5min得到產(chǎn)物。將產(chǎn)物用去離子水洗滌3次和無水乙醇分別洗滌5次，然后在180°C干燥3h，得到ZnO納米結構粉體。圖Ia為本實施例合成粉體的X射線衍射圖，圖中的譜線峰與JCPDS，NO. 36-1451卡片基本相符，XRD衍射圖譜中三個特征強峰出現(xiàn)在2 Θ =31. 20°、34.20° ,35. 60° ;這三個強峰分別對應ZnO的(100)、(002)、(101)面，并且在47. 50°、
56.60。>62. 90°附近出現(xiàn)了較弱的Zn0(102)、(110)、(103)面的衍射峰，表明所制備的樣品為六方相ZnO晶體，其結晶性良好。圖2a為本施例合成粉體的掃描電鏡圖，可見ZnO納米材料呈顆粒狀，產(chǎn)物直徑約為60nm。實施例2稱取O. 2195gZn(CH3COO)2 ·2Η20放入燒杯中，然后量取IOOml體積比為1:4的水與二甲基甲酰胺加入到燒杯中，500轉/分鐘速度下機械攪拌13min，得到渾濁的溶液。再將上述反應溶液置于80°C的恒溫水浴箱中，反應I. 5h。反應結束，自然冷卻至室溫。2500轉/分鐘速度下離心分離IOmin得到產(chǎn)物。將產(chǎn)物用去離子水洗滌5次和無水乙醇分別洗滌3次，然后在190°C干燥4h，得到ZnO納米結構粉體。圖Ib為本實施例合成粉體的X射線衍射圖，圖中的譜線峰與JCPDS，NO. 36-1451卡片基本相符，XRD衍射圖譜中三個特征強峰出現(xiàn)在 2 0=31.20。,34. 20° ,35. 60° ;這三個強峰分別對應 ZnO 的(100)、(002)、(101)面，并且在47. 50° ,56. 60° ,62. 90°附近出現(xiàn)了較弱的Zn0(102)、(110)、(103)面的衍射峰，表明所制備的樣品為六方相ZnO晶體，其結晶性良好。圖2b為本施例合成粉體的掃描電鏡圖，可見ZnO納米材料呈漢堡狀,粒徑約為lOOnm。實施例3稱取O. 7024gZn(CH3COO)2 · 2H20放入燒杯中，然后量取80ml體積比為2:3的水與甲酰胺加入到燒杯中，700轉/分鐘速度下機械攪拌15min，得到渾濁的溶液。再將上述反應溶液置于90°C的恒溫水浴箱中，反應I. 5h。反應結束，自然冷卻至室溫。3000轉/分鐘速度下離心分離12min得到產(chǎn)物。將產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇分別洗滌3次，然后在190°C干燥3h，得到ZnO納米結構粉體。圖Ic為本實施例合成粉體的X射線衍射圖，圖中的譜線峰與JCPDS，N0. 36-1451卡片基本相符，XRD衍射圖譜中三個特征強峰出現(xiàn)在2 Θ =31. 20。、34.20° ,35. 60° ;這三個強峰分別對應ZnO的(100)、(002)、(101)面，并且在47. 50°、
56.60。>62. 90°附近出現(xiàn)了較弱的Zn0(102)、(110)、(103)面的衍射峰，表明所制備的樣品為六方相ZnO晶體，其結晶性良好。圖2c為本施例合成粉體的掃描電鏡圖，可見ZnO納米材料呈孿晶螺帽狀，直徑約為200-300nm，長為3_5 μ m。實施例4稱取O. 3725gZn(CH3COO)2 · 2H20放入燒杯中，然后量取IOOml體積比為3:2的水與六甲基磷酰三胺加入到燒杯中，600轉/分鐘速度下機械攪拌20min，得到渾濁的溶液。再將上述反應溶液置于90°C的恒溫水浴箱中，反應3h。反應結束，自然冷卻至室溫。2000 轉/分鐘速度下離心分離8min得到產(chǎn)物。將產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇分別洗滌3次，然后在185°C干燥3h，得到ZnO納米結構粉體。圖Id為本實施例合成粉體的X射線衍射圖，圖中的譜線峰與JCPDS，NO. 36-1451卡片基本相符，XRD衍射圖譜中三個特征強峰出現(xiàn)在
2Θ =31. 20。,34. 20。,35. 60。;這三個強峰分別對應 ZnO 的(100)、(002)、(101)面，并且在47.50。,56. 60° ,62. 90°附近出現(xiàn)了較弱的Zn0(102)、(110)、(103)面的衍射峰，表明所制備的樣品為六方相ZnO晶體，其結晶性良好。圖2d為本施例合成粉體的掃描電鏡圖，可見ZnO納米材料呈納米棒狀，直徑約為300-400nm，長約5_6 μ m。實施例5稱取O. 301IgZn(CH3COO)2 · 2H20放入燒杯中，然后量取60ml體積比為1:4的水與N，N- 二甲基丙酰胺加入到燒杯中，500轉/分鐘速度下機械攪拌25min，得到渾濁的溶液。再將上述反應溶液置于95°C的恒溫水浴箱中，反應2. 5h。反應結束，自然冷卻至室溫。3000轉/分鐘速度下離心分離14min得到產(chǎn)物。將產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇分別洗滌3次，然后在215°C干燥3h，得到ZnO納米結構粉體。圖Ie為本實施例合成粉體的X射線衍射圖，圖中的譜線峰與JCPDS，NO. 36-1451卡片基本相符，XRD衍射圖譜中三個特征強峰出現(xiàn)在 2 0=31.20。,34. 20° ,35. 60° ;這三個強峰分別對應 ZnO 的(100)、(002)、(101)面，并且在47. 50° ,56. 60° ,62. 90°附近出現(xiàn)了較弱的Zn0(102)、(110)、(103)面的衍射峰，表明所制備的樣品為六方相ZnO晶體，其結晶性良好。圖2e為本施例合成粉體的掃描電鏡圖，可見ZnO納米材料呈長納米棒狀，直徑約為400-500nm，長8_10 μ m。這種ZnO納米棒具有較高的發(fā)光效率和較好的穩(wěn)定性，可望應用于照明、顯示及激光等領域中。
權利要求
1.一種有機弱堿合成ZnO納米結構的方法，其具體步驟如下 將醋酸鋅加入到介質中攪拌，配得Zn2+濃度為O. 01 O. 04M的醋酸鋅溶液；然后將醋酸鋅溶液置于80 95°C恒溫水浴槽中反應I 3h，自然冷卻；再將產(chǎn)物離心分離，洗滌，烘干，得到納米結構ZnO ;其中所述的介質為有機弱堿或者是水與有機弱堿的混合溶液。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于所述有機弱堿為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、甲酰胺、六甲基磷酰三胺或N，N- 二甲基丙酰胺。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于水與有機弱堿的混合溶液中水與有機弱堿的體積比為1:4 4: I。
4.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于將醋酸鋅加入到介質中的攪拌時間為10 30mino
5.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于離心分離的轉速為2000 4000rpm,離心分離時間為5 15min。
6.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于所述的烘干溫度為180 220°C。
7.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于洗滌過程為先用去離子水洗滌產(chǎn)物3 5次，再用無水乙醇洗滌3 5次。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有機弱堿合成ZnO納米結構的方法，將醋酸鋅加入到介質中攪拌，配得Zn2+濃度為0.01～0.04M的醋酸鋅溶液；然后將醋酸鋅溶液置于80～95℃恒溫水浴槽中反應1～3h，自然冷卻；再將產(chǎn)物離心分離，洗滌，烘干，得到納米結構ZnO；其中所述的介質為有機弱堿或者是水與有機弱堿的混合溶液；所述的介質既可作為溶劑，又可作為反應劑。通過改變有機弱堿-水體積比制備出不同氧化鋅納米結構。本發(fā)明在沒有添加任何其它表面活性劑或者絡合劑的情況下，能夠快速制備出不同ZnO納米結構；具有工藝過程簡單、原料廣泛易得、控制效果顯著，成本低，可實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。
文檔編號B82Y30/00GK102849780SQ20121033542
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權日2012年9月11日
發(fā)明者黃培, 馮魏良 申請人:南京工業(yè)大學