專利名稱：一種籠狀納米氧化鋅及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及氧化鋅制備方法，特別是一種籠狀納米氧化鋅及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料被譽為是“21世紀最優(yōu)前途的材料”，氧化鋅作為一種重要的II-IV半導 體材料，它在室溫下禁帶寬度為3. 37eV,具有較大的激子束縛能( 60eV)。納米ZnO與普 通ZnO相比，因其特有的表面效應、體積效應、量子效應和介電限域效應等，在催化，光學， 磁學，傳感和力學方面得到了廣泛的應用，特別是其在紫外區(qū)對有機物的催化降解作用，使 其在陶瓷、化工、電子、光學、生物、醫(yī)藥等很多領域得到了重要的應用。氧化鋅有納米管、 納米棒、納米帶、納米環(huán)、納米籠、納米螺旋以及超晶格結(jié)構(gòu)等多種形態(tài)，是納米材料中結(jié)構(gòu) 最多樣的成員之一。而且不同的結(jié)構(gòu)具有不同的特定的用途，使得ZnO的形貌和結(jié)構(gòu)控制 具有重要意義。但是由于氧化鋅不同晶面的極性有很大差異，氧化鋅很容易沿著W01]方 向生長，從而形成一維的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)，所以通常都是通過加入一定的表面活性劑，誘導 齊U，或者在非水溶劑條件下來調(diào)節(jié)氧化鋅的形貌。由于反應體系中加入了有機溶劑或者導 向劑，造成了一定程度的污染，且后期處理比較煩瑣，同時由于有機溶劑的使用使得其制備 成本大大增加，從而限制了氧化鋅納米材料的大規(guī)模應用。例如 Wang Xi 等(Xi WangiPeng HuiYuan Fangli,and Lingjie Yu. Preparation and Characterization of ZnO Hollow Spheres and ZnO-CarbonComposite Materials Using Colloidal Carbon Spheres as Templates, J.Phys.Chem. C,2007,111 6706-6712) 用炭球作為模板制備了空心納米氧化鋅球，對于光降解亞甲基蘭具有很好的效果。但該方 法是通過炭球作為模板，只能得到空心的氧化鋅球，而得不到具有多層籠狀結(jié)構(gòu)的納米氧 化鋅材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能得到多層籠狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅的制備方法。本發(fā) 明的籠狀納米氧化鋅的制備方法。本發(fā)明的籠狀納米氧化鋅的技術(shù)方案是，一種籠狀納 米氧化鋅材料，其特征在于籠狀納米氧化鋅材料為納米氧化鋅顆粒構(gòu)成的多層籠狀結(jié) 構(gòu)。所述多層籠狀結(jié)構(gòu)的籠壁是由直徑為20-40nm的氧化鋅顆粒組成，籠壁上的孔洞直徑 ^ 30nm，最外層的籠壁厚度不大于60nm。本發(fā)明籠狀納米氧化鋅的制備方法是，其特征在 于有以下工藝步驟(1)將濃度為0. lmol/L醋酸鋅和濃度為0. 1-0. 5mol/L的葡萄糖溶于 80ml去離子水中，醋酸鋅與葡萄糖的比例為1-4 1，超聲10分鐘，形成澄清溶液后，轉(zhuǎn)移 置聚四氟乙烯內(nèi)膽中之后，放入不銹鋼高壓釜中，密封反應，(2)將上述反應釜置于烘箱內(nèi) 在160-19(TC下進行熱反應，反應12h，反應后自然冷卻至室溫，得到黑色粉體，然后分別去 離子水進行多次離心洗滌，并用乙醇洗滌，以去除產(chǎn)物中少量的含炭物質(zhì)，然后在60°C下干 燥，(3)將上述粉末放入馬弗爐中，按5°C /min的速率升溫至500°C大氣環(huán)境下煅燒3h后， 自然冷卻到室溫，即制成本發(fā)明的籠狀納米氧化鋅材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有多層籠狀結(jié)構(gòu)和工藝成本低且友好環(huán)境的顯著優(yōu)點。


附圖是本發(fā)明多層籠狀氧化鋅材料掃描電鏡圖。
具體實施例方式
實施例1 稱取Zn (CH3COO)2 ·2Η20和葡萄糖溶于80ml去離子水，超聲10分鐘，形成澄清的溶 液，其中醋酸鋅的濃度為0. lmol/L，葡萄糖的濃度為0. lmol/L。鋅鹽和葡萄糖的摩爾比為 Zn2VC6H12O6 = 1。將該澄清溶液轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯內(nèi)膽中之后放入不銹鋼高壓釜中，密封反應 釜，于160度條件下水熱反應12個小時，冷卻至室溫后，將得到的黑色粉體，分別用去離子 水進行多次離心洗滌，并用乙醇洗滌，以去處產(chǎn)物中少量的含炭的有機物。之后60度條件 下干燥12h得到氧化鋅和炭的復合前體；將制備得到的前體置于馬弗爐中，以5°C /min的 速率升溫至50(TC，保溫3小時，然后自然冷卻至室溫，得到具有多層籠狀結(jié)構(gòu)的納米氧化 鋅粉體材料。將最終樣品做掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡以及X射線觀察。結(jié)果表明 通過葡萄糖的引入，氧化鋅的形貌均變成納米球形或橢球形結(jié)構(gòu)，并具有多層的籠狀結(jié)構(gòu)， 納米顆粒和孔洞構(gòu)成了籠壁，納米籠的表面的光滑，透明度較低，最外層籠的直徑大小為約 500納米，籠壁的厚度約為60納米，所形成的籠狀結(jié)構(gòu)的籠壁厚，表面孔狀特征不明顯。實施例2 使用的原料和反應釜同實施例1，其中醋酸鋅的濃度為0. lmol/L，葡萄糖的濃度 為0.2mol/L。鋅鹽和葡萄糖的摩爾比為Zn2VC6H12O6 = 1。將該澄清溶液轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯 內(nèi)膽中之后放入不銹鋼高壓釜中，密封反應釜，于180度條件下水熱反應12個小時，冷卻至 室溫后，將得到的黑色粉體，分別用去離子水進行多次離心洗滌，并用乙醇洗滌，以去處產(chǎn) 物中少量的含炭的有機物。之后60度條件下干燥12h得到氧化鋅和炭的復合前體；將制 備得到的前體置于馬弗爐中，以5°C /min的速率升溫至500°C，保溫3小時，然后自然冷卻 至室溫，得到具有多層籠狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅粉體材料。將最終樣品做掃描電子顯微鏡、透 射電子顯微鏡以及X射線觀察。結(jié)果表明通過葡萄糖的引入，氧化鋅的形貌均變成納米球 形或橢球形結(jié)構(gòu)，并具有多層的籠狀結(jié)構(gòu)，納米顆粒和孔洞構(gòu)成了籠壁，納米籠的表面的粗 糙，透明度較低，最外層籠的直徑大小為約600納米，籠壁的厚度約為30納米，所形成的籠 狀結(jié)構(gòu)的籠壁薄，表面孔狀特征明顯。實施例3:使用的原料和反應釜同實施例1，其中醋酸鋅的濃度為0. lmol/L，葡萄糖的濃度 為0. 4mol/L。鋅鹽和葡萄糖的摩爾比為Zn2Vc6H12O6 = 4。將該澄清溶液轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯內(nèi) 膽中之后放入不銹鋼高壓釜中，密封反應釜，于190度條件下水熱反應12個小時，冷卻至室 溫后，將得到的黑色粉體，分別用去離子水進行多次離心洗滌，并用乙醇洗滌，以去處產(chǎn)物 中少量的含炭的有機物。之后60度條件下干燥12h得到氧化鋅和炭的復合前體；將制備得 到的前體置于馬弗爐中，以5°C /min的速率升溫至500°C，保溫3小時，然后自然冷卻至室 溫，得到具有多層籠狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅粉體材料。將最終樣品做掃描電子顯微鏡、透射電 子顯微鏡以及X射線觀察。結(jié)果表明通過葡萄糖的引入，氧化鋅的形貌均變成納米球形或橢球形結(jié)構(gòu)，并具有多層的籠狀結(jié)構(gòu)，納米顆粒和孔洞構(gòu)成了籠壁，納米籠的表面粗糙，透 明度高，最外層籠的直徑大小在400-600納米之間，籠壁的厚度約為20納米，所形成的籠狀 結(jié)構(gòu)的籠壁薄，表面孔狀特征更加明顯。但與實施例1和2中的結(jié)果相比，籠狀結(jié)構(gòu)的變形 比較明顯，籠的直徑不太均一。
多層籠狀納米氧化鋅材料，籠壁是由納米氧化鋅顆粒組成，具有發(fā)達的孔道結(jié)構(gòu)， 納米籠的大小及籠壁厚度可控，它可廣泛地用于光催劑、光學器件、傳感器、太陽能電池、藥 物膠囊等領域。
權(quán)利要求
一種籠狀納米氧化鋅材料，其特征在于籠狀納米氧化鋅材料為納米氧化鋅顆粒構(gòu)成的多層籠狀結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的籠狀納米氧化鋅，其特征在于所述多層籠狀結(jié)構(gòu)的籠壁是由 直徑為20-40nm的氧化鋅顆粒組成，籠壁上的孔洞直徑< 30nm，最外層的籠壁厚度不大于 60nmo
3.一種制備籠狀納米氧化鋅材料的籠狀納米氧化鋅材料的方法，其特征在于有以下工 藝步驟(1)將濃度為0. lmol/L醋酸鋅和濃度為0. 1-0. 5mol/L的葡萄糖溶于80ml去離子 水中，醋酸鋅與葡萄糖的比例為1-4 1，超聲10分鐘，形成澄清溶液后，轉(zhuǎn)移置聚四氟乙烯 內(nèi)膽中之后，放入不銹鋼高壓釜中，密封反應，(2)將上述反應釜置于烘箱內(nèi)在160-190°C 下進行熱反應，反應12h，反應后自然冷卻至室溫，得到黑色粉體，然后分別去離子水進行多 次離心洗滌，并用乙醇洗滌，以去除產(chǎn)物中少量的含炭物質(zhì)，然后在60°C下干燥，(3)將上 述粉末放入馬弗爐中，按5°C /min的速率升溫至500°C大氣環(huán)境下煅燒3h后，自然冷卻到 室溫，即制成本發(fā)明的籠狀納米氧化鋅材料。
全文摘要
一種籠狀納米氧化鋅及其制備方法，涉及氧化鋅制備方法，所述籠狀納米氧化鋅材料為納米氧化鋅顆粒構(gòu)成的多層籠狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明籠狀納米氧化鋅的制備方法是，有以下工藝步驟(1)將醋酸鋅和葡萄糖溶于80ml去離子水中，超聲10分鐘，形成澄清溶液后，轉(zhuǎn)移置聚四氟乙烯內(nèi)膽中之后，放入不銹鋼高壓釜中，密封反應，(2)將上述反應釜置于烘箱內(nèi)進行熱反應，反應12h，反應后自然冷卻至室溫，得到黑色粉體，然后分別去離子水進行多次離心洗滌，并用乙醇洗滌，以去除產(chǎn)物中少量的含炭物質(zhì)，然后在60℃下干燥，(3)將上述粉末放入馬弗爐中煅燒，制成本發(fā)明的籠狀納米氧化鋅材料。本發(fā)明用于光催劑、光學器件、傳感器、太陽能電池、藥物膠囊等領域。
文檔編號C01G9/02GK101811725SQ20101003014
公開日2010年8月25日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者劉冰, 劉梅, 李麗, 梁宇, 蘇天鵝 申請人:新鄉(xiāng)學院