一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法
【專利摘要】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，利用水熱法可控制備三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)由于附著在鋅片表面，可以直接作為電極，作為傳感器直接用于物質(zhì)檢測。
【專利說明】一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法、電化學傳感器電極以及電化學傳感器。
【背景技術(shù)】
[0003]ZnO(氧化鋅)為六角釬鋅礦結(jié)構(gòu)，在室溫下其禁帶寬度約為3.37 eV。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。
[0004]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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法、電化學傳感器電極以及電化學傳感器，利用水熱法可控制備三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)，制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)由于附著在鋅片表面，可以直接作為電極，作為傳感器直接用于物質(zhì)檢測。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
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:
a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗;超聲清洗時間為10-20min，可以達到活化鋅片表面、在鋅片表面生成氧化鋅納米種子的目的；
b、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中，將反應(yīng)釜密閉，在60 0C-1OO °C下反應(yīng)4-8小時，冷卻至室溫，清洗，室溫干燥，即制得氧化鋅納米薄膜;所述無水乙醇和濃鹽酸的體積比為20-200:1;所述濃鹽酸濃度多8 mol/L。
[0007]—種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片制備。
[0008]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的電極制備。
[0009]本發(fā)明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。
【附圖說明】
[0010]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)對水合肼進行電化學檢測的循環(huán)伏安圖(CV)；
圖中:
I為實施例1制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)在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為實施例1制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)在pH=13的氫氧化鈉溶液中加了
0.05 mM水合肼的循環(huán)伏安曲線;3為實施例1制備的三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)在pH=13的氫氧化鈉溶液中加了0.1 mM水合肼的循環(huán)伏安曲線；
圖3為裸鋅對肼進行電化學檢測的循環(huán)伏安圖(CV);
圖中:
I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0.05 mM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0.1 mM水合肼的線性掃描伏安圖；
圖4為氧化鋅的時間電流曲線(1-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】
[0011]實施例1
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:
a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗15min;
b、將20mL無水乙醇和0.lmL12mol/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，擰緊釜蓋，在80 °(:下反應(yīng)6小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，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)。
[0012]一種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片制備，三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)與鋅制電極的質(zhì)量面積比為0.0155g/cm2。
[0013]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片的電極制備。
[0014]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，做電化學性質(zhì)測試。以NaOH溶液作為電解質(zhì)，對水合肼進行檢測。
[0015]取10mL 0.1 M 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)，然后用微量進樣器取50yL 0.01 M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0.05mM。比較曲線I和2可發(fā)現(xiàn)，在電勢0.6 V，有相應(yīng)的較大電流變化，說明該電極對肼有電化學響應(yīng)，再繼續(xù)加入50 yL 0.01 M的肼，測得的循環(huán)伏安曲線3在電勢0.6 V有更強的電流響應(yīng)，而此時電解槽中的肼的濃度為0.1 mM。從圖2中我們可以看到，曲線3與曲線I電流峰差值是曲線2與曲線I電流峰差值的2倍。并且曲線3時電解槽中水合肼的濃度(0.1 mM)是曲線2時電解槽中水合肼的濃度(0.05 mM)的2倍，說明響應(yīng)電流與肼濃度呈線性關(guān)系。
[0016]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50yL濃度為0.01 M水合肼(圖3中曲線2)和加了 100 yL濃度為0.01M水合肼(圖3中曲線3)，在電勢0.6 V處電流響應(yīng)較小，與未加肼(圖3中曲線I)的循環(huán)伏安去曲線幾乎重合。這充分證明本發(fā)明提供的電極對水合肼有電化學響應(yīng)。
[0017]為進一步研究本發(fā)明的電化學性質(zhì)，還做了電極的時間-電流曲線圖(圖4)。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.ΙμΜ，線性范圍是
0.05-1050 mM，表明該電極可以作為肼的電化學傳感器。
[0018]實施例2
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:
a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗20min；
b、將20mL無水乙醇和0.4 mL 10 mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60 mL反應(yīng)釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在40 °C下反應(yīng)4小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，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)。
[0019]一種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片制備。
[0020]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的電極制備。
[0021]實施例3
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:
a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗15min；
b、將20mL無水乙醇和0.8 mL 12 mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60 mL反應(yīng)釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在90 °C下反應(yīng)5小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，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)。
[0022]一種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片制備。
[0023]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片的電極制備。
[0024]實施例4
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:
a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗10min；
b、將20mL無水乙醇和0.2 mL 8 mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60 mL反應(yīng)釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在50 °C下反應(yīng)7小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，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)。
[0025]一種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片制備。
[0026]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片的電極制備。
[0027]實施例5
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: a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗15min；
b、將20mL無水乙醇和0.2 mL 11 mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60 mL反應(yīng)釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在100 °(:下反應(yīng)8小時，取出反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，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)。
[0028]一種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片制備。
[0029]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片的電極制備。
【主權(quán)項】
1.一種三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟: a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗； b、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中，將反應(yīng)釜密閉，在40 0C-1OO °C下反應(yīng)4-8小時，冷卻至室溫，清洗，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟a中超聲清洗時間為10-20min。3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟b中無水乙醇和濃鹽酸的體積比為20-200:1。4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟b中濃鹽酸濃度多8mol/Lo5.—種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片制備。6.一種電化學傳感器，使用包含維氧化鋅納米條結(jié)構(gòu)的鋅片的電極制備。
【文檔編號】G01N27/30GK106086839SQ201610437570
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月18日
【發(fā)明人】徐天林
【申請人】合肥松雷信息科技有限公司