本發(fā)明屬于鋅納米材料領域，具體涉及一種鋅納米線的制備方法及由其制備的鋅納米線。

背景技術：

1、隨著納米技術的發(fā)展，金屬納米材料已經逐漸應用于光學、電學、能源等領域，開發(fā)具有特定形貌和功能的金屬納米材料受到越來越多的關注。納米線作為納米材料的成員之一，因其優(yōu)異的光學性能、電學性能、力學性能和催化性能等而得到了凝聚態(tài)物理界、化學界及材料科學界科研工作者們的青睞，近年來成為納米材料研究的熱點。

2、金屬鋅是一種重要的過渡金屬元素，主要被用于金屬腐蝕防護、電池、工業(yè)催化、有機合成、合金等領域?，F(xiàn)有制備鋅納米線的方法主要有兩種：氣相沉積和電化學模板法。其中氣相沉積制備鋅納米線，耗能高，產率低，形貌難以控制，得到的納米線多為彎曲狀。而電化學沉積通常需要使用多孔陽極氧化鋁或蝕跡多孔聚碳酸酯為模板，通過電化學還原制備鋅納米線，再經過后處理除去模板。這種策略可制得直的納米線，但是納米線的直徑和長度受限于模板，通常無法制備較長的納米線，且這種方法效率低，模板去除困難，費時費力。由于金屬鋅本身的活潑性高，相對于其他金屬而言，合成納米尺寸的金屬鋅具有極大的挑戰(zhàn)性，難以合成納米尺寸的金屬鋅，更難以制備需要嚴格控制形貌的一維納米線。

3、目前尚無穩(wěn)定高效的制備納米尺寸金屬鋅的方法，而溶劑熱法合成金屬鋅納米線的方法目前幾乎沒有報道，其他金屬納米線的溶劑熱法更多是在水相中進行。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提出一種鋅納米線的制備方法，其制備過程操作方便，工藝簡單，可穩(wěn)定高效的制備鋅納米線。根據(jù)本發(fā)明的鋅納米線的制備方法是一種溶劑熱法，可穩(wěn)定高效地制備鋅納米線，所制得的鋅納米線為單晶結構，直徑為20-180nm，長度為5-50μm，并在一定范圍內可調控。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種鋅納米線的制備方法，包括：

3、(1)將溶劑、鋅前驅體和任選的表面活性劑混合得到溶液1；

4、(2)將溶劑和催化劑混合得到溶液2；

5、(3)將溶液1和2混合得到溶液3，并加熱使得鋅前驅體發(fā)生分解反應得到鋅納米線。

6、進一步的，合成中所用溶劑可以選自c5-c7烷烴，c5-c7環(huán)烷烴和乙醚，例如戊烷、己烷、庚烷、環(huán)戊烷、環(huán)己烷、環(huán)庚烷和乙醚，特別是正己烷或正己烷與乙醚的組合。進一步的，合成中所用鋅前驅體可以表示為znr12，其中r1獨立選自碳原子數(shù)為2以上的烷基，優(yōu)選為c2-c10烷基，更優(yōu)選為c2-c4烷基。特別地，鋅前驅體包括但不限于二乙基鋅，二丙基鋅，二異丁基鋅等。在采用上述鋅前驅體的情況下，可以順利得到鋅納米線。而在不采用上述的烷基鋅情況下，如使用二甲基鋅的情況下，無法獲得鋅納米線。不局限于任何理論，據(jù)信在鋅前驅體中烷基的碳原子數(shù)大于2的情況下，可以發(fā)生β-氫脫除反應，進而獲得金屬鋅，從而得到鋅納米線，而二甲基鋅中不含有β-氫，從而不能發(fā)生β-氫脫除反應獲得金屬鋅，進而不能得到鋅納米線。

7、進一步的，合成中所用催化劑為鈦基催化劑。所述鈦基催化劑可以選自tir24，其中r2獨立選自氯、溴、碘、環(huán)戊二烯基、c1-c6烷氧基；或者，特別地，鈦基催化劑包括但不限于四氯化鈦、四溴化鈦、四碘化鈦、二(環(huán)戊二烯基)二氯化鈦、環(huán)戊二烯基三氯化鈦、四異丙醇鈦、乙酰丙酮鈦、鈦酸四丁酯等中的一種或兩種以上的組合。在采用鈦基催化劑的情況下，可以在較低溫度下獲得鋅納米晶體。而在不采用鈦基催化劑的情況下，無法在較低溫度下獲得鋅納米晶體，如二乙基鋅的裂解溫度大于300℃。

8、進一步的，合成中所用表面活性劑為胺基表面活性劑。所述胺基表面活性劑可以表示為r3n(ch3)2，其中r3選自c4-c20烷基。特別地，所述胺基表面活性劑包括但不限于十八叔胺(全名：十八烷基二甲基叔胺)、十六叔胺(全名：十六烷基二甲基叔胺)、十二叔胺(全名：十二烷基二甲基叔胺)、n,n-二甲基癸胺、n,n-二甲基己胺等中的一種或兩種以上的組合。在采用上述表面活性劑的情況下，有利于獲得形貌均一，尺寸可控的鋅納米線并減少合成產物中的不規(guī)則顆粒，而在不采用上述表面活性劑的情況下，雖然也可以獲得鋅納米線，但是獲得的鋅納米線的形貌和尺寸的均一性較低，且不規(guī)則顆粒增多。

9、進一步的，在溶液3中，鋅前驅體的濃度為0.2-2mol/l，例如0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、1.9、2.0mol/l等，優(yōu)選0.2-1.5mol/l，以鋅的摩爾濃度計。在上述范圍內，可以獲得尺寸均一的鋅納米線，而濃度過低，可能會增加不規(guī)則顆粒的占比。

10、進一步的，在溶液3中，催化劑的濃度為0.001-0.1mol/l，例如0.002、0.003、0.004、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1mol/l等，優(yōu)選0.003-0.05mol/l，以鈦的摩爾濃度計。在上述范圍內，可以獲得尺寸均一的鋅納米線；而濃度過高，可能會產生不規(guī)則顆粒；濃度過低，可能會降低產率，且可能會使不規(guī)則顆粒占比增加。

11、進一步的，在溶液3中，表面活性劑的濃度為0-0.5mol/l，例如，0.001、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.1、0.15、0.20、0.25、0.30、0.40、0.50mol/l等，優(yōu)選0.1-0.4mol/l。在上述范圍內，有利于獲得尺寸均一的鋅納米線。濃度過高，會獲得鋅納米顆粒，減少鋅納米線的產率。

12、進一步的，在步驟(3)中，鋅前驅體與催化劑的摩爾比(zn/ti)可以為30-200:1，例如30:1、50:1、70:1、90:1、120:1、150:1、200:1等，優(yōu)選60-120:1。在上述范圍內，可以獲得以鋅納米線為主的產物。摩爾比過高，會降低產率；而摩爾比過低，會增加不規(guī)則顆粒的占比。

13、進一步的，在步驟(3)中，發(fā)生分解反應的反應溫度可以為60-200℃，例如60、80、100、120、150、200℃等，優(yōu)選60-150℃。在上述溫度范圍內，可以獲得鋅納米線為主的產物。溫度過高，會增加不規(guī)則顆粒的占比；而溫度過低，會降低反應產率。

14、進一步的，在步驟(3)中，對于反應時間沒有特別限制，只要能夠得到鋅納米線即可。例如反應時間為2小時以上，4小時以上，例如4-48小時等，但不限于此。

15、根據(jù)本發(fā)明的鋅納米線的制備方法還可以包括常規(guī)的純化步驟，例如在步驟(3)中，將反應產物過濾得到沉淀產物，然后洗滌并干燥。

16、洗滌可以采用溶劑進行。對于洗滌溶劑沒有特別要求，只要其可以除去剩余的鋅前驅體，鈦基催化劑，以及表面活性劑即可。例如洗滌溶劑可以為己烷，甲苯，四氫呋喃，1，4-二氧六環(huán)，異丙醇中的一種或兩種以上的組合。

17、干燥可以在氮氣保護環(huán)境下進行。例如氮氣置換后的高溫干燥箱。

18、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種鋅納米線，其通過上述根據(jù)本發(fā)明的鋅納米線的制備方法制備。

19、進一步的，根據(jù)本發(fā)明的鋅納米線為單晶結構，直徑為20-180nm，長度為5-50μm。

20、有益效果

21、與現(xiàn)有制備鋅納米線的方法相比，本發(fā)明所述溶液合成方法效率高，可以更容易引入表面活性劑進行形貌調節(jié)，且合成的鋅納米線尺寸均勻，長度可以超過20μm，且為單晶結構，轉化率可達70％。