具有[10-10]取向及高比表面積的ZnO納米線陣列及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種具有[10-10]取向及高比表面積的ZnO納米線陣列的制備方法，包括步驟：A、在沉積有ZnO種子層的導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)Zn(OH)F一維納米線陣列；B、燒結(jié)Zn(OH)F一維納米線陣列，獲得具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)，能耗小，成本低。本發(fā)明還公開(kāi)了一種由上述制備方法制備得到的具有[10-10]取向及高比表面積的ZnO納米線陣列，其兼具高比表面積和快速電子傳輸效率的特點(diǎn)，并具有特殊的[10-10]的生長(zhǎng)取向，可作為染料敏化太陽(yáng)電池中光陽(yáng)極的材料，使得染料敏化太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率得到了提高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有[10-10]取向及高比表面積的ZnO納米線陣列及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光電半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，具體地講，涉及一種具有[10-10]取向及高比表面積的ZnO納米線陣列及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光電半導(dǎo)體材料由于其許多潛在的應(yīng)用而成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。ZnO作為半導(dǎo)體材料家族的重要一員，在晶體管、氣敏、激光、太陽(yáng)電池、光解水制氫和光催化等方面具有廣泛的應(yīng)用。ZnO多變的形貌及其相對(duì)應(yīng)的不同性質(zhì)都吸引著研究者們的關(guān)注，其不同的生長(zhǎng)方向及暴露的晶面都會(huì)體現(xiàn)出不同的物理化學(xué)性質(zhì)。其中，一維ZnO納米結(jié)構(gòu)陣列由于其獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性質(zhì)而被廣泛研究，如其可用于染料敏化太陽(yáng)電池的光陽(yáng)極，在合適的基底上可室溫發(fā)射連續(xù)的紫外光，同時(shí)亦可用于CO氣敏傳感和納米發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域，因此設(shè)計(jì)和控制合成具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的ZnO納米陣列是非常必要的。
[0003]自2001年ZnO納米棒被成功制備以來(lái)，研究者們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了很多的合成方法來(lái)制備ZnO陣列結(jié)構(gòu)，包括模板輔助增長(zhǎng)法、貴金屬催化增長(zhǎng)法、化學(xué)/物理氣相沉積法等，但是這些方法常常面臨模板或者催化劑的殘留、高能耗、ZnO陣列與基底接觸不牢固等問(wèn)題。最近利用水熱法生長(zhǎng)ZnO納米陣列備受關(guān)注，因?yàn)檫@種方法易于調(diào)控反應(yīng)的溫度和時(shí)間，此外這種方法操作簡(jiǎn)單、高效、低能耗；然而此種方法也未能突破ZnO晶體的各向異性生長(zhǎng)機(jī)制，例如對(duì)于纖鋅礦ZnO，得到的產(chǎn)品通常是沿著
[0001]方向優(yōu)先生長(zhǎng)。這是由于晶體各向異性生長(zhǎng)遵循熱力學(xué)的最低能量規(guī)律，具有高能量的(0001)晶面在合成過(guò)程中的快速生成和消失導(dǎo)致了 ZnO晶體沿著
[0001]方向快速生長(zhǎng)，因此低活性非極性晶面暴露的ZnO納米結(jié)構(gòu)通常被獲得。因此，如何獲得具有不同生長(zhǎng)方向的ZnO納米陣列，制備具有高活性晶面(0001)暴露的ZnO納米結(jié)構(gòu)陣列一直是難點(diǎn)。
[0004]作為光電器件的光陽(yáng)極，大的比表面積以及快速的電子傳輸性能是決定最終器件性能的兩個(gè)關(guān)鍵因素。近年來(lái)，納米科技的發(fā)展使得各種納米結(jié)構(gòu)的ZnO電極得到了極大的發(fā)展和應(yīng)用。其中，納米一維陣列結(jié)構(gòu)獲得了更多的關(guān)注，這是因?yàn)橐痪S陣列結(jié)構(gòu)較之于其他納米結(jié)構(gòu)，如納米粒子薄膜等具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它使得電子在傳輸過(guò)程中具有一個(gè)更直接的傳導(dǎo)路徑，提高了電荷的傳輸和收集效率。然而目前報(bào)道的基于單組份的ZnO—維納米線陣列的染料敏化太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換最高效率僅達(dá)到3.3%，與由納米粒子構(gòu)建的薄膜效率相似，甚至低于其效率。這是由于一維陣列納米結(jié)構(gòu)空隙大、比表面積小，降低了材料對(duì)染料的吸附和對(duì)光的捕獲，從而影響了電池的效率。因此，需要在一維陣列結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提高其比表面積，制備同時(shí)具有快速電子傳輸性能和大比表面積的結(jié)構(gòu)，對(duì)于構(gòu)建高效的光電器件具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有[10-10]取向及高比表面積的ZnO納米線陣列及其制備方法，通過(guò)該制備方法制備得到的陣列多孔道ZnO納米線不僅具有高比表面積，同時(shí)兼具快速電子傳輸性能，還具有特殊的[10-10]的生長(zhǎng)取向。
[0006]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0007]一種具有[10-10]取向及高比表面積的ZnO納米線陣列的制備方法，其特征在于，包括步驟:A、在沉積有ZnO種子層的導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)Zn(OH)F —維納米線陣列；B、燒結(jié)所述Zn (OH) F —維納米線陣列，獲得具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線。
[0008]進(jìn)一步地，所述步驟A具體包括:采用提拉浸漬法在導(dǎo)電基底上沉積ZnO晶種，形成ZnO種子層；燒結(jié)所述沉積有ZnO種子層的導(dǎo)電基底；采用水浴法在所述燒結(jié)后的導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)Zn (OH) F 一維納米線陣列。
[0009]進(jìn)一步地，在所述提拉浸漬過(guò)程中，采用的溶膠溶液為摩爾濃度為0.lmol/L的醋酸鋅乙醇溶液，提拉速度為150mm/min。
[0010]進(jìn)一步地，所述醋酸鋅乙醇溶液的制備方法為:將無(wú)水醋酸鋅放入乙醇溶液中，在80°C下加熱回流lh，制備成透明的溶膠，獲得所述醋酸鋅乙醇溶液。
[0011]進(jìn)一步地，在燒結(jié)所述沉積有ZnO種子層的導(dǎo)電基底的過(guò)程中，燒結(jié)氣氛為空氣氣氛，燒結(jié)溫度為450°C，燒結(jié)時(shí)間為30min。
[0012]進(jìn)一步地，所述水浴法具體包括:首先將所述燒結(jié)后的導(dǎo)電基底放入反應(yīng)液中，在80°C下反應(yīng)0.5h?3h后，然后用乙醇和去離子水洗滌，自然干燥后獲得所述Zn (OH) F 一維納米線陣列；其中，所述反應(yīng)液由鋅鹽、六次亞甲基四胺、含氟化合物和去離子水配置成，所述鋅鹽選自硝酸鋅、醋酸鋅、氯化鋅中的任意一種，所述含氟化合物選自四丁基氟化銨、三氟乙酸、氟化銨、氟化鈉中的任意一種。
[0013]進(jìn)一步地，在所述反應(yīng)液中，所述鋅鹽的摩爾濃度為0.01mol/L?0.05mol/L，所述六次亞甲基四胺的摩爾濃度為0.01mol/L?0.05mol/L，所述含氟化合物的摩爾濃度為0.005mol/L ?0.03mol/L。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟B的具體方法包括:將所述Zn (OH) F—維納米線陣列在氧氣氣氛下進(jìn)行程序控溫?zé)Y(jié)處理，在1min?60min內(nèi)將溫度從90°C升至300°C，在300°C下恒溫30min?60min，氧氣的流量為lmL/s?5mL/s ;停止通氣，再在30min?120min內(nèi)將溫度從300°C升至400°C?500°C，恒溫30min?60min，獲得所述具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線。
[0015]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電基底包括摻氟氧化錫玻璃。
[0016]本發(fā)明的另一目的還在于提供了一種具有[10-10]取向及高比表面積的ZnO納米線陣列，所述ZnO納米線陣列具有[10-10]的生長(zhǎng)取向，且所述ZnO納米線陣列的比表面積為 19.0 ?39.3m2/go
[0017]本發(fā)明通過(guò)先合成Zn(OH)F —維納米線陣列，再燒結(jié)獲得具有[10_10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線陣列的兩步法來(lái)制備，方法簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)，能耗小，成本低；同時(shí)，通過(guò)本發(fā)明的制備方法制備得到的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線兼具高比表面積和快速電子傳輸效率，可應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)電池中，作為光陽(yáng)極的材料，從而提高染料敏化太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率；且其還具有特殊的[10-10]的生長(zhǎng)取向，可將具有尚活性的晶面進(jìn)彳丁暴露。
【附圖說(shuō)明】
[0018]通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中:
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的制備方法的流程圖；
[0020]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的X射線衍射圖譜；
[0021]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的掃描電鏡圖；
[0022]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的透射電鏡圖(0.5 μπι);
[0023]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的透射電鏡圖(50nm)；
[0024]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的高分辨透射電鏡圖(5nm)；
[0025]圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的氮?dú)馕?解吸附等溫曲線；
[0026]圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的孔徑分布圖；
[0027]圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的電子傳輸性能圖；
[0028]圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線制備的染料敏化太陽(yáng)電池的ι-ν曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下，將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一種具有[10-10]取向及高比表面積的ZnO納米線陣列的制備方法，包括步驟:A、在沉積有ZnO種子層的導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)Zn(OH)F —維納米線陣列、燒結(jié)Zn (OH) F —維納米線陣列，獲得具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線。
[0031]具體地，步驟A的具體方法包括:采用提拉浸漬法在導(dǎo)電基底上沉積ZnO晶種，形成ZnO種子層；燒結(jié)沉積有ZnO種子層的導(dǎo)電基底；采用水浴法在燒結(jié)后的導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)Zn (OH) F 一維納米線陣列。步驟B的具體方法包括:將Zn (OH) F 一維納米線陣列在氧氣氣氛下進(jìn)行程序控溫?zé)Y(jié)處理，在1min?60min內(nèi)將溫度從90°C升至300°C，在300°C下恒溫30min?60min，氧氣的流量為lmL/s?5mL/s ;停止通氣，再在30min?120min內(nèi)將溫度從300°C升至400 °C?500°C，恒溫30min?60min，獲得具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線，且所述陣列多孔道ZnO納米線的比表面積為19.0?39.3m2/g。
[0032]優(yōu)選地，在提拉浸漬過(guò)程中，采用的溶膠溶液為摩爾濃度為0.lmol/L的醋酸鋅乙醇溶液，提拉速度為150mm/min ;但本發(fā)明并不限制與此，采用其他濃度的醋酸鋅乙醇溶液在其他提拉速度下進(jìn)行浸漬提拉也可，以達(dá)到在導(dǎo)電基底上沉積ZnO晶種形成ZnO種子層為目的即可。醋酸鋅乙醇溶液的制備方法為:將無(wú)水醋酸鋅放入乙醇溶液中，在80 °C下加熱回流lh，制備成透明的溶膠即可。
[0033]在燒結(jié)上述沉積有ZnO種子層的導(dǎo)電基底的過(guò)程中，在空氣氣氛中于450°C下燒結(jié) 30min。
[0034]在采用水浴法生長(zhǎng)Zn(OH)F —維納米線陣列時(shí)，首先將燒結(jié)后的導(dǎo)電基底放入反應(yīng)液中，在80°C下反應(yīng)0.5h?3h后，然后用乙醇和去離子水洗滌，再干燥后即獲得；其中，所述反應(yīng)液由鋅鹽、六次亞甲基四胺、含氟化合物和去離子水配置成，且鋅鹽、六次亞甲基四胺、含氟化合物的摩爾濃度分別為0.01mol/L?0.05mol/L、0.01mol/L?0.05mol/L和0.005mol/L?0.03mol/L。此處鋅鹽可選自硝酸鋅、醋酸鋅、氯化鋅中的任意一種，含氟化合物可選自四丁基氟化銨、三氟乙酸、氟化銨、氟化鈉中的任意一種。
[0035]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)例，而不是全部實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0036]實(shí)施例1
[0037]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的制備方法的流程圖。
[0038]參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的制備方法包括如下步驟:
[0039]在步驟10中，在沉積有ZnO種子層110的導(dǎo)電基底100上生長(zhǎng)Zn (OH) F —維納米線陣列120。
[0040]優(yōu)選地，導(dǎo)電基底100可采用摻氟氧化錫的導(dǎo)電玻璃，但本發(fā)明并不限制于此，其他具體相似性能的材質(zhì)均可。
[0041]具體地，首先米用提拉浸漬法在導(dǎo)電基底100上沉積ZnO晶種，形成ZnO種子層110 ;在提拉浸漬過(guò)程中，溶膠溶液為濃度0.lmol/L的醋酸鋅乙醇溶液，提拉速度為150mm/
mino
[0042]其中，0.lmol/L的醋酸鋅乙醇溶液的制備過(guò)程如下所述:將無(wú)水醋酸鋅放入乙醇溶液中，在80°C下加熱回流lh，制備成透明的溶膠即可。
[0043]然后燒結(jié)沉積有ZnO種子層110的導(dǎo)電基底100 ;其中，燒結(jié)氣氛為空氣氣氛，燒結(jié)溫度為450 °C，燒結(jié)時(shí)間為30min。
[0044]最后采用水浴法在燒結(jié)后的導(dǎo)電基底100上生長(zhǎng)Zn(OH)F —維納米線陣列120。
[0045]具體地，首先將硝酸鋅、六次亞甲基四胺、四丁基氟化銨分別配制成0.lmol/L的水溶液；然后分別取6mL的0.lmol/L硝酸鋅溶液、6mL的0.lmol/L六次亞甲基四胺溶液和3mL的0.lmol/L四丁基氟化銨溶液，置入體積為25mL左右的帶蓋玻璃瓶中；再向瓶中注入5mL的去離子水配置成總體積為20mL左右的反應(yīng)液，此時(shí)反應(yīng)液中硝酸鋅、六次亞甲基四胺、四丁基氟化銨的摩爾濃度分別為0.03mol/L、0.03mol/L和0.015mol/L。然后將帶有ZnO種子層110的導(dǎo)電基底100放入反應(yīng)液中，將玻璃瓶蓋子旋緊后迅速放入恒溫水浴鍋中，在80°C下反應(yīng)3h ;反應(yīng)結(jié)束后，立即將帶有ZnO種子層110的導(dǎo)電基底100從反應(yīng)液中取出，并用乙醇和去離子水沖洗，室溫干燥，在導(dǎo)電基底100上形成Zn (OH) F 一維納米線陣列120。
[0046]在步驟20中，燒結(jié)Zn (OH) F —維納米線陣列120，獲得具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130。
[0047]具體地，將帶有Zn (OH) F —維納米線陣列120的導(dǎo)電基底100在流量為1.8mL/s的氧氣氣氛中，通過(guò)程序控溫，在60min左右將燒結(jié)設(shè)備的溫度從90°C升至300 °C，并在300 °C下恒溫30min ;然后停止通入氧氣，并在10min左右將溫度從300°C升至500°C，并在500°C下恒溫30min，獲得具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130。
[0048]對(duì)經(jīng)步驟10-20獲得的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130進(jìn)行X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和高分辨率透射電鏡(HRTEM)測(cè)試。經(jīng)XRD圖譜測(cè)試可以得出具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130為結(jié)晶良好的纖鋅礦ZnO，如圖2 ;從SEM照片可以發(fā)現(xiàn)具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130約為30 μπι厚的納米線陣列，如圖3 ;從TEM照片可以看出具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130具有貫通狀的多孔道結(jié)構(gòu)，且每一個(gè)納米通道的寬度大約6nm左右，如圖4和圖5在不同放大倍數(shù)下的TEM圖。從HRTEM照片可以看到沿著生長(zhǎng)方向的晶面間距為0.28nm的(10-10)晶面，如圖6，可以證明經(jīng)步驟10-20獲得的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130具有特殊的[10-10]的生長(zhǎng)方向。
[0049]同時(shí)，對(duì)經(jīng)步驟10-20獲得的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130進(jìn)行了吸附性能測(cè)試和電子傳輸性能測(cè)試。圖7為具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線的氮?dú)馕?解吸附等溫曲線，獲得本實(shí)施例的陣列多孔道ZnO納米線130的BET表面積為28.7m2/g ;同時(shí)從孔徑分布圖中可以看出，孔徑尺寸約為6nm，如圖8所示，符合TEM圖中觀察到的現(xiàn)象。從電子傳輸性能分析可知，與納米粒子薄膜的電子擴(kuò)散速率相比，根據(jù)本實(shí)施例的陣列多孔道ZnO納米線130的電子擴(kuò)散速率高2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，如圖9所不O
[0050]將上述獲得的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)電池中的光陽(yáng)極，如圖10所示為由根據(jù)本發(fā)明的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線制備的染料敏化太陽(yáng)電池的1-V曲線圖，可以看出其獲得了高達(dá)6.15%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率，尚屬首次。
[0051]實(shí)施例2
[0052]在實(shí)施例2的描述中，與實(shí)施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實(shí)施例1的不同之處。實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處在于:在步驟10中，當(dāng)采用水浴法在燒結(jié)后的導(dǎo)電基底100上生長(zhǎng)Zn (OH) F 一維納米線陣列120時(shí)，分別取2mL的0.lmol/L醋酸鋅溶液、2mL的0.lmol/L六次亞甲基四胺溶液和ImL的0.lmol/L氟化銨溶液，置入體積為25mL左右的帶蓋玻璃瓶中；再向瓶中注入15mL的去離子水配置成總體積為20mL左右的反應(yīng)液，此時(shí)反應(yīng)液中醋酸鋅、六次亞甲基四胺、氟化錢(qián)的摩爾濃度分別為0.01mol/L、0.01mol/L和0.005mol/L，水浴反應(yīng)0.5h ;在步驟20中，在流量為lmL/s的氧氣氣氛中，在1min左右將溫度從90°C上升到300°C，并在300°C下恒溫保持60min，隨后停止通入氧氣，并在120min左右將溫度從300°C升至450°C，并恒溫60min，獲得最終產(chǎn)品為具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1中的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130的結(jié)構(gòu)相近，同時(shí)，本實(shí)施例制備得到的陣列多孔道ZnO納米線的BET表面積可達(dá)到19.0m2/go
[0053]實(shí)施例3
[0054]在實(shí)施例3的描述中，與實(shí)施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實(shí)施例1的不同之處。實(shí)施例3與實(shí)施例1的不同之處在于:在步驟10中，當(dāng)采用水浴法在燒結(jié)后的導(dǎo)電基底100上生長(zhǎng)Zn(OH)F —維納米線陣列120時(shí)，分別取1mL的0.lmol/L氯化鋅溶液、2mL的0.lmol/L六次亞甲基四胺溶液和6mL的0.lmol/L氟化鈉溶液，置入體積為25mL左右的帶蓋玻璃瓶中；再向瓶中注入2mL的去離子水配置成總體積為20mL左右的反應(yīng)液，此時(shí)反應(yīng)液中氯化鋅、六次亞甲基四胺、氟化鈉的摩爾濃度分別為0.05mol/L、0.01mol/L和0.03mol/L，水浴反應(yīng)Ih ;在步驟20中，在流量為5mL/s的氧氣氣氛中，在30min左右將溫度從90°C上升到300°C，并在300°C下恒溫保持45min，隨后停止通入氧氣并在30min左右將溫度從300°C升至400°C，并恒溫30min，獲得最終產(chǎn)品具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1中的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130的結(jié)構(gòu)相近，同時(shí)，本實(shí)施例制備得到的陣列多孔道ZnO納米線的BET表面積約為39.3m2/g0
[0055]實(shí)施例4
[0056]在實(shí)施例4的描述中，與實(shí)施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實(shí)施例1的不同之處。實(shí)施例4與實(shí)施例1的不同之處在于:在步驟10中，當(dāng)采用水浴法在燒結(jié)后的導(dǎo)電基底100上生長(zhǎng)Zn (OH) F 一維納米線陣列120時(shí)，分別取6mL的0.lmol/L硝酸鋅溶液、1mL的0.lmol/L六次亞甲基四胺溶液和4mL的0.lmol/L三氟乙酸溶液，置入體積為25mL左右的帶蓋玻璃瓶中；此時(shí)反應(yīng)液中硝酸鋅、六次亞甲基四胺、三氟乙酸的摩爾濃度分別為0.03mol/L、0.05mol/L和0.02mol/L。在步驟20中，在流量為1.8mL/s的氧氣氣氛中，在60min左右將溫度從90°C上升到300°C，并在300°C下恒溫保持60min，隨后停止通入氧氣，并在10min左右將溫度從300°C升至450°C，并恒溫45min，獲得最終產(chǎn)品為具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1中的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130的結(jié)構(gòu)相近，同時(shí)，本實(shí)施例制備得到的陣列多孔道ZnO納米線的BET表面積約為22.4m2/g。
[0057]實(shí)施例5
[0058]在實(shí)施例5的描述中，與實(shí)施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實(shí)施例1的不同之處。實(shí)施例5與實(shí)施例1的不同之處在于:在步驟10中，當(dāng)采用水浴法在燒結(jié)后的導(dǎo)電基底100上生長(zhǎng)Zn(OH)F —維納米線陣列120時(shí)，分別取6mL的0.lmol/L氯化鋅溶液、1mL的0.lmol/L六次亞甲基四胺溶液和4mL的0.lmol/L三氟乙酸溶液，置入體積為25mL左右的帶蓋玻璃瓶中；此時(shí)反應(yīng)液中氯酸鋅、六次亞甲基四胺、三氟乙酸的摩爾濃度分別為0.03mol/L、0.05mol/L和0.02mol/L。在步驟20中，在流量為3mL/s的氧氣氣氛中，在20min左右將溫度從90°C上升到300°C，并在300°C下恒溫保持30min，隨后停止通入氧氣，并在10min左右將溫度從300°C升至500°C，并恒溫30min，獲得最終產(chǎn)品為具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1中的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130的結(jié)構(gòu)相近，同時(shí)，本實(shí)施例制備得到的陣列多孔道ZnO納米線的BET表面積約為26.7m2/g。
[0059]實(shí)施例6
[0060]在實(shí)施例6的描述中，與實(shí)施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實(shí)施例1的不同之處。實(shí)施例6與實(shí)施例1的不同之處在于:在步驟10中，當(dāng)采用水浴法在燒結(jié)后的導(dǎo)電基底100上生長(zhǎng)Zn(OH)F —維納米線陣列120時(shí)，鋅鹽為醋酸鋅，含氟化合物為三氟乙酸，且在反應(yīng)液中醋酸鋅、六次亞甲基四胺、三氟乙酸的摩爾濃度分別為0.03mol/L、0.03mol/L和0.015mol/L。在步驟20中，在流量為3mL/s的氧氣氣氛中，在20min左右將溫度從90°C上升到300°C，并在300°C下恒溫保持30min，隨后停止通入氧氣，并在10min左右將溫度從300°C升至500°C，并恒溫30min，獲得最終產(chǎn)品為具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1中的具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線130的結(jié)構(gòu)相近，同時(shí)，本實(shí)施例制備得到的陣列多孔道ZnO納米線的BET表面積約為 24.3m2/g0
[0061]雖然已經(jīng)參照特定實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解:在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有[10-10]取向及高比表面積的ZnO納米線陣列的制備方法，其特征在于，包括步驟: A、在沉積有ZnO種子層的導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)Zn(OH)F—維納米線陣列； B、燒結(jié)所述Zn(OH)F—維納米線陣列，獲得具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟A具體包括: 采用提拉浸漬法在導(dǎo)電基底上沉積ZnO晶種，形成ZnO種子層； 燒結(jié)所述沉積有ZnO種子層的導(dǎo)電基底； 采用水浴法在所述燒結(jié)后的導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)Zn(OH)F —維納米線陣列。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，在所述提拉浸漬過(guò)程中，采用的溶膠溶液為摩爾濃度為0.lmol/L的醋酸鋅乙醇溶液，提拉速度為150mm/min。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述醋酸鋅乙醇溶液的制備方法為:將無(wú)水醋酸鋅放入乙醇溶液中，在80°C下加熱回流lh，制備成透明的溶膠，獲得所述醋酸鋅乙醇溶液。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，在燒結(jié)所述沉積有ZnO種子層的導(dǎo)電基底的過(guò)程中，燒結(jié)氣氛為空氣氣氛，燒結(jié)溫度為450°C，燒結(jié)時(shí)間為30min。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述水浴法具體包括:首先將所述燒結(jié)后的導(dǎo)電基底放入反應(yīng)液中，在80°C下反應(yīng)0.5h?3h，然后用乙醇和去離子水洗滌，自然干燥后獲得所述Zn(OH)F —維納米線陣列；其中，所述反應(yīng)液由鋅鹽、六次亞甲基四胺、含氟化合物和去離子水配置成，所述鋅鹽選自硝酸鋅、醋酸鋅、氯化鋅中的任意一種，所述含氟化合物選自四丁基氟化銨、三氟乙酸、氟化銨、氟化鈉中的任意一種。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在所述反應(yīng)液中，所述鋅鹽的摩爾濃度為0.01mol/L?0.05mol/L，所述六次亞甲基四胺的摩爾濃度為0.01mol/L?0.05mol/L，所述含氟化合物的摩爾濃度為0.005mol/L?0.03mol/L。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的制備方法，其特征在于，所述步驟B的具體方法包括:將所述Zn(OH)F —維納米線陣列在氧氣氣氛下進(jìn)行程序控溫?zé)Y(jié)處理，在1min?60min內(nèi)將溫度從90°C升至300°C，在300°C下恒溫30min?60min，氧氣的流量為lmL/s?5mL/s ;停止通氣，再在30min?120min內(nèi)將溫度從300°C升至400 °C?500°C，恒溫30min?60min，獲得所述具有[10-10]生長(zhǎng)取向的陣列多孔道ZnO納米線。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)電基底包括摻氟氧化錫玻璃。10.一種具有[10-10]取向及高比表面積的ZnO納米線陣列，其特征在于，所述ZnO納米線陣列具有[10-10]的生長(zhǎng)取向，且所述ZnO納米線陣列的比表面積為19.0?39.3m2/
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK105990030SQ201510073815
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日
【發(fā)明人】封心建, 何冬青, 盛夏
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所