專利名稱：一種氧化鋅中空微球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體無機材料領(lǐng)域，特別是涉及一種具有中空結(jié)構(gòu)的氧化鋅的制備 方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)在室溫下的禁帶寬度為3. 37eV,是一種典型的直接寬帶隙半導(dǎo)體材 料。納米氧化鋅由于具有尺寸效應(yīng)、量子限域效應(yīng)以及表面效應(yīng)等，具有一系列優(yōu)異的光、 電、磁學(xué)特性，在平板顯示器、場效應(yīng)晶體管、氣敏傳感器、發(fā)光二極管、太陽能電池等方面 有著重要的應(yīng)用。近年來，由于納米氧化鋅紫外激光器以及其光電、壓電等特性的發(fā)現(xiàn)，進 一步拓寬了其應(yīng)用范圍。由于納米材料的結(jié)構(gòu)、形貌和尺寸等因素對材料的特性及其應(yīng)用 具有重要的影響，對納米氧化鋅的形貌控制的研究引起了人們的極大興趣。到目前為止，人 們已合成出各種具有不同形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)，如納米線、納米棒、納米管、納米花以及中 空微球等，與其它形貌的ZnO納米材料相比，中空球形結(jié)構(gòu)的材料由于具有密度低、比表面 積高、穩(wěn)定性好、表面滲透能力強及光學(xué)性質(zhì)特殊等特性，在催化劑載體、輕質(zhì)材料、微反應(yīng) 器等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景而備受關(guān)注。到目前為止，人們一直努力探索不同的方法來 制備ZnO中空球，常用的方法主要為熱蒸發(fā)法和模板法。熱蒸發(fā)法一般需要特殊的儀器設(shè) 備、高溫(通常> 500°C )以及真空條件，而模板法通常需要采用復(fù)雜的程序，如制備模板， 引入表面功能基團，沉積目標(biāo)產(chǎn)物以及去除模板等，往往導(dǎo)致高成本、低產(chǎn)量、反應(yīng)周期長 且需要復(fù)雜的后處理過程。因此有必要發(fā)展一種簡便、溫和、成本低且不含模板的中空氧化 鋅納米結(jié)構(gòu)的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過簡單的化學(xué)法，在不含任何模板的條件下大規(guī)模制備結(jié)構(gòu)均 勻的氧化鋅中空微球，使其具有更加優(yōu)異的光、電、磁學(xué)特性以及廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明將檸檬酸鈉引入到制備過程中，利用檸檬酸鈉與氧化鋅的極性面之間的配 位或吸附作用調(diào)控氧化鋅晶體的成核和生長行為，從而獲得單一均勻的氧化鋅中空微球。一種氧化鋅中空微球的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟a)在鋅鹽的水溶液中加入一定量的檸檬酸鈉，攪拌溶解后滴加氨水，有白色氫氧 化鋅沉淀產(chǎn)生，繼續(xù)滴加氨水使溶液中的氨水過量直至得到澄清的前驅(qū)體溶液；b)將前驅(qū)體溶液在100 180°C條件下攪拌回流3 12小時，然后自然冷卻到室 溫后將獲得的產(chǎn)品離心分離，并用去離子水充分清洗，在空氣中干燥后得到氧化鋅中空微 球。本發(fā)明中所用的鋅鹽選自氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅或醋酸鋅。本發(fā)明中鋅鹽溶液的濃度為0. 01 0. 05mol/L。本發(fā)明中檸檬酸鈉與鋅鹽的摩爾比為1 1.5 6。
本發(fā)明在制備過程中主要發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)ΝΗ3+Η20 — ΝΗ4++0『Zn2++20『一Zn (OH) 2
Zn (OH) 2+4NH3 — (Zn (NH3) 4) 2++20F發(fā)明制備的氧化鋅中空微球，用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)和形貌， 并用X射線衍射儀進行物相分析。結(jié)果表明，產(chǎn)物為高度結(jié)晶的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)氧化鋅，微 球的粒徑為1-3 μ m，其內(nèi)部中空且表面粗糙，由片狀粒子組裝而成。檸檬酸鈉的濃度的變化 以及反應(yīng)溫度的變化都會對氧化鋅中空微球的形貌產(chǎn)生影響。相對于常用的具備復(fù)雜反應(yīng)過程的模板法及需要苛刻的反應(yīng)條件及昂貴儀器設(shè) 備的熱蒸發(fā)法來說，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點1)原料來源廣泛，價格低廉；2)合成簡單，反應(yīng)過程中無需任何模板，適合大規(guī)模 工業(yè)生產(chǎn)；3)操作簡單方便，不需要昂貴的儀器設(shè)備；4)合成溫度較低，能耗少。本方法條件溫和，制備過程不需要添加任何模板，合成簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模制 備。本發(fā)明制備的氧化鋅中空微球有望用于催化劑、傳感器、平板顯示器、太陽能電池、發(fā)光 二極管等眾多領(lǐng)域。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明，通過以下實例進行說明。實施例1 稱取3mmol Zn (NO3) 2 ·6Η20置于250mL圓底燒瓶中，加入200mL蒸餾水，攪拌溶解， 加入檸檬酸鈉0. 5mmol，充分?jǐn)嚢韬蠹影彼?0mL，溶液中產(chǎn)生白色沉淀并立即消失，將燒瓶 置于油浴鍋中加熱到120°C攪拌回流12h。將所得的白色沉淀離心分離，用去離子水充分清 洗，在空氣中干燥后可得氧化鋅中空微球。實施例2 稱取3mmol Zn (NO3) 2 ·6Η20置于250mL圓底燒瓶中，加入200mL蒸餾水，攪拌溶解， 加入檸檬酸鈉Immol，充分?jǐn)嚢韬蠹影彼?0mL，溶液中產(chǎn)生白色沉淀并立即消失，將燒瓶置 于油浴鍋中加熱到180°C攪拌回流12h。將所得的白色沉淀離心分離，用去離子水充分清 洗，在空氣中干燥后可得氧化鋅中空微球。
權(quán)利要求
一種氧化鋅中空微球的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟a)在鋅鹽的水溶液中加入一定量的檸檬酸鈉，攪拌溶解后滴加氨水，有白色氫氧化鋅沉淀產(chǎn)生，繼續(xù)滴加氨水使溶液中的氨水過量直至得到澄清的前驅(qū)體溶液；b)將前驅(qū)體溶液在100～180℃條件下攪拌回流3～12小時，然后自然冷卻到室溫后將獲得的產(chǎn)品離心分離，并用去離子水充分清洗，在空氣中干燥后得到氧化鋅中空微球。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鋅鹽選自氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅或醋酸鋅。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鋅鹽溶液的濃度為0.01 0. 05mol/L。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于檸檬酸鈉與鋅鹽的摩爾比為1 1.5 6。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有中空結(jié)構(gòu)的氧化鋅的制備方法。本發(fā)明將檸檬酸鈉引入到制備過程中，利用檸檬酸鈉與氧化鋅的極性面之間的配位或吸附作用調(diào)控氧化鋅晶體的成核和生長行為，從而獲得單一均勻的氧化鋅中空微球。本方法條件溫和，制備過程不需要添加任何模板，合成簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模制備。本發(fā)明制備的氧化鋅中空微球有望用于催化劑、傳感器、平板顯示器、太陽能電池、發(fā)光二極管等眾多領(lǐng)域。
文檔編號C01G9/02GK101880054SQ200910138259
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者岳珊珊, 張俊彥 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所