一種制備一維納米氧化鋅的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及納米氧化鋅，特指一種納米氧化鋅的液相制備方法，具體步驟為：配制0.5M鋅鹽水溶液，4M的氫氧化鈉水溶液；配制PN混合溶液，萃取劑PC-88A和N1923的摩爾比為1-3：1；配制PN和庚烷的混合溶液，PN的質(zhì)量分數(shù)為16%；將PN-庚烷溶液與0.5M的鋅鹽溶液混合，PN-庚烷溶液與鋅鹽溶液的體積比為：4:1-4:3，室溫下攪拌充分混合；量取4M的NaOH水溶液，緩慢滴加到混合溶液中，鋅鹽溶液與NaOH溶液的體積比為2:1，室溫攪拌；待反應(yīng)完畢后，離心分離，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌，置于烘箱中干燥，獲得白色的ZnO粉體。本發(fā)明合成方法簡單，條件溫和，反應(yīng)在室溫下就可以進行，無需煅燒。
【專利說明】一種制備一維納米氧化鋅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米氧化鋅，具體地說，涉及的是一種納米氧化鋅的液相制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一維納米ZnO結(jié)構(gòu)因其特殊的量子尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)和量子限制效應(yīng)，在磁、光、力等方面具備了薄膜材料所不具備的許多優(yōu)異性能，各種一維納米ZnO結(jié)構(gòu)的制備和性能研究已成為當(dāng)今材料領(lǐng)域研究的熱點；與其它半導(dǎo)體納米材料相比，氧化鋅的一維納米結(jié)構(gòu)易于合成，且提供的表面形態(tài)較多，更由于它較大的直接寬帶隙(3.37eV)和優(yōu)良的壓電性、熱電性，其更適宜應(yīng)用于室溫紫外發(fā)光、激光材料和光電子器件，對新型傳感器、存儲器件和場效應(yīng)晶體管等的開發(fā)具有潛在的研究價值，目前國內(nèi)外均投入了相當(dāng)大的力量進行一維ZnO納米結(jié)構(gòu)的研制工作。
[0003]一維ZnO納米結(jié)構(gòu)主要包括納米帶、納米線、納米棒和納米管等，目前制備ZnO納米結(jié)構(gòu)的方法眾多，包括氣相法與液相法，如熱蒸發(fā)法、物理氣相沉積法(PVD)、金屬有機化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、模板法和水熱法等；氣相法雖然制得的產(chǎn)品品質(zhì)高，但設(shè)備昂貴，制作成本高，而且實驗條件要求苛刻，與氣相法相比，液相法具有工藝簡單、操作簡便、對設(shè)備要求低、容易批量生產(chǎn)等優(yōu)點，而且合成出的納米微粒表面活性好、產(chǎn)物組成精確可控，更具有工業(yè)化前景。
[0004]反膠團萃取法主要是利用微乳液體系通過萃取劑與被萃物之間的靜電作用進行萃取，使化學(xué)反應(yīng)在油相包裹的“水池”中進行，以獲得分散性好，形貌規(guī)則的納米材料；本發(fā)明以2-乙基己基膦酸-單-2-乙基己基酯(PC-88A)和伯胺N1923為萃取劑，庚烷為有機溶劑，采用反膠團微乳液萃取體系制備ZnO —維納米材料；基于萃取劑的界面性質(zhì)和萃取體系的界面現(xiàn)象，萃取有機相中存在多種納米級分子聚集體，可以利用萃取體系的特殊聚集現(xiàn)象來制備不同表面性能的納米材料以滿足實際應(yīng)用需要，楊傳芳等(Yang C.E et al.J.Mater.Sc1.Technol.，11，217(1995))在詳細研究 TBP-煤油/HCl-ZrOCl2 和 TBP-煤油/HNO3-ZrO(NO3)2體系基礎(chǔ)上成功制備了超細ZrO2粒子，從萃取體系中直接制備納米粒子它不但提高了金屬的負載量，同時萃取過程本身對金屬離子進行了純化，而且萃取劑和有機溶劑在試驗過程中不易流失，易于回收，可重復(fù)利用，為從實驗室研究轉(zhuǎn)化到工業(yè)成果提供了一條很好的“分離一制備一應(yīng)用” 一體化的思路。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的之一是提供單分散一維納米氧化鋅顆粒，得到的一維納米氧化鋅顆粒分散性好，長徑比較大。
[0007]本發(fā)明的另一目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷與不足，提出一種一維納米氧化鋅的制備方法，無需煅燒，用萃取法直接制備單分散的一維納米氧化鋅，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟:第一步，配制濃度為0.5M鋅鹽水溶液，濃度為4M的氫氧化鈉水溶液。
[0008]所述鋅鹽，選用六水合硝酸鋅。
[0009]第二步，配制PN混合溶液。
[0010]所述PN混合溶液中，萃取劑PC-88A和N1923的摩爾比為1_3:1。
[0011]第三步，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的質(zhì)量分數(shù)為16%。
[0012]第四步，將PN-庚烷溶液與0.5M的鋅鹽溶液混合，PN-庚烷溶液與鋅鹽溶液的體積比為:4:1-4:3，于室溫下攪拌使之充分混合。
[0013]第五步，量取4M的NaOH水溶液，緩慢滴加到混合溶液中，鋅鹽溶液與NaOH溶液的體積比為2:1，同時攪拌速度調(diào)至60(T800轉(zhuǎn)/分鐘，室溫持續(xù)攪拌2小時。
[0014]第六步，待反應(yīng)完畢后，離心分離，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌，置于烘箱中干燥，獲得白色的ZnO粉體。
[0015]第七步，將離心分離后獲得的上層清液PN和庚烷的混合溶液純化處理，回收再利用。
[0016]常規(guī)的微乳液體系中，采用的表面活性劑和有機物難以回收再利用，而且要得到單分散的一維納米ZnO粉體需要高溫高壓的實驗條件，本發(fā)明的有益效果在于:
(DPC-88A和N1923這兩種萃取劑廉價易得，而且性質(zhì)穩(wěn)定，可通過離心分離后回收再利用，大大節(jié)約了成本；
(2)合成方法簡單，條件溫和，反應(yīng)在室`溫下就可以進行，無需煅燒，不需要大型精密設(shè)備，可適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為本發(fā)明所得一維納米氧化鋅的XRD圖:
從XRD圖中可以看出，制備獲得的ZnO為六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)，所有的衍射峰均與ZnO的標(biāo)準(zhǔn)圖譜(PDF# 65-3411)相吻合，圖中未出現(xiàn)Zn(NO3)2, Zn(OH)2等其他的雜質(zhì)峰，說明所得產(chǎn)品的純度很高，窄而尖銳的衍射峰形表明產(chǎn)品的晶化質(zhì)量很好。
[0018]圖2為實施例1所得的針狀納米氧化鋅的TEM圖，分散性較好，長徑比為13~15。
[0019]圖3為實施例2所得的棒狀納米氧化鋅的TEM圖，形貌呈花瓣狀，長徑比為2~3。
[0020]圖4為實施例3所得的棒狀納米氧化鋅的TEM圖，分散性很好，形狀規(guī)則，長徑比可達15~20。
[0021]圖5為實施例4所得的棒狀納米氧化鋅的TEM圖，形貌呈短棒狀，長徑比為3~4。
【具體實施方式】
[0022]實施例1
配制濃度為0.5M六水合硝酸鋅水溶液，濃度為4M的NaOH水溶液，萃取劑PC-88A和N1923的摩爾比為1: 1，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的質(zhì)量分數(shù)為16%，將40mLPN和庚烷的有機混合溶液與IOmL鋅鹽水溶液混合，置于250mL圓底燒瓶中，室溫攪拌0.5h ;量取5mLNa0H溶液，緩慢滴加入混合溶液中，同時攪拌速度調(diào)至600轉(zhuǎn)/分鐘，室溫持續(xù)攪拌2 h ；待反應(yīng)完畢后，離心分離，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)遍，置于烘箱中60°C干燥6h得到氧化鋅粉體，透射電子顯微鏡結(jié)果見圖2。
[0023]實施例2配制濃度為0.5M六水合硝酸鋅水溶液，濃度為4M的NaOH水溶液，萃取劑PC-88A和N1923的摩爾比為1: 1，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的質(zhì)量分數(shù)為16%，將40mLPN和庚烷的有機混合溶液與20mL鋅鹽水溶液混合，置于250mL圓底燒瓶中，室溫攪拌0.5h ;量取IOmLNaOH溶液，緩慢滴加入混合溶液中，同時攪拌速度調(diào)至800轉(zhuǎn)/分鐘，室溫持續(xù)攪拌2h ;待反應(yīng)完畢后，離心分離，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)遍，置于烘箱中60°C干燥6h得到氧化鋅粉體，透射電子顯微鏡結(jié)果見圖3。
[0024]實施例3
配制濃度為0.5M六水合硝酸鋅水溶液，濃度為4M的NaOH水溶液，萃取劑PC-88A和N1923的摩爾比為1: 1，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的質(zhì)量分數(shù)為16%，將40mLPN和庚烷的有機混合溶液與30mL鋅鹽水溶液混合，置于250mL圓底燒瓶中，室溫攪拌0.5h ;量取15mLNa0H溶液，緩慢滴加入混合溶液中，同時攪拌速度調(diào)至700轉(zhuǎn)/分鐘，室溫持續(xù)攪拌2h ;待反應(yīng)完畢后，離心分離，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)遍，置于烘箱中60°C干燥6h得到氧化鋅粉體，透射電子顯微鏡結(jié)果見圖4。
[0025]實施例4
配制濃度為0.5M六水合硝酸鋅水溶液，濃度為4M的NaOH水溶液，萃取劑PC-88A和N1923的摩爾比為3:1，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的質(zhì)量分數(shù)為16%，將40mLPN和庚烷的有機混合溶液與20mL鋅鹽水溶液混合，置于250mL圓底燒瓶中，室溫攪拌0.5h ;量取IOmLNaOH溶液，緩慢滴加入混合溶液中，同時攪拌速度調(diào)至800轉(zhuǎn)/分鐘，室溫持續(xù)攪拌2h ;待反應(yīng)完畢后，離心分離，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)遍，置于烘箱中60°C干燥6h得到氧化鋅粉體，透射電子顯微鏡結(jié)果見圖5。
[0026]實施例5
配制濃度為0.5M六水合硝酸鋅水溶液，濃度為4M的NaOH水溶液，萃取劑PC-88A和N1923的摩爾比為2:1，配制PN和庚`烷的混合`溶液，PN的質(zhì)量分數(shù)為16%，將40mLPN和庚烷的有機混合溶液與20mL鋅鹽水溶液混合，置于250mL圓底燒瓶中，室溫攪拌0.5h ;量取IOmLNaOH溶液，緩慢滴加入混合溶液中，同時攪拌速度調(diào)至800轉(zhuǎn)/分鐘，室溫持續(xù)攪拌2h ;待反應(yīng)完畢后，離心分離，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)遍，置于烘箱中60°C干燥6h得到氧化鋅粉體，為棒狀納米氧化鋅，長徑比為5~8。
[0027]實施例6
配制濃度為0.5M六水合硝酸鋅水溶液，濃度為4M的NaOH水溶液，萃取劑PC-88A和N1923的摩爾比為2:1，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的質(zhì)量分數(shù)為16%，將40mLPN和庚烷的有機混合溶液與IOmL鋅鹽水溶液混合，置于250mL圓底燒瓶中，室溫攪拌0.5h ;量取5mLNa0H溶液，緩慢滴加入混合溶液中，同時攪拌速度調(diào)至600轉(zhuǎn)/分鐘，室溫持續(xù)攪拌2 h ；待反應(yīng)完畢后，離心分離，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)遍，置于烘箱中60°C干燥6h得到氧化鋅粉體，為棒狀納米氧化鋅，長徑比為擴12。
【權(quán)利要求】
1.一種制備一維納米氧化鋅的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)配制濃度為0.5M鋅鹽水溶液，濃度為4M的氫氧化鈉水溶液；(2)配制PN混合溶液；所述PN混合溶液中，萃取劑PC-88A和N1923的摩爾比為1_3:I ; (3)配制PN和庚烷的混合溶液，PN的質(zhì)量分數(shù)為16%； (4)將PN-庚烷溶液與0.5M的鋅鹽溶液混合，PN-庚烷溶液與鋅鹽溶液的體積比為:4:1-4:3，于室溫下攪拌使之充分混合； (5)量取4M的NaOH水溶液，緩慢滴加到混合溶液中，鋅鹽溶液與NaOH溶液的體積比為2:1，室溫攪拌； (6)待反應(yīng)完畢后，離心分離，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌，置于烘箱中干燥，獲得白色的ZnO粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種制備一維納米氧化鋅的方法，其特征在于:所述鋅鹽，選用六水合硝酸鋅。
3.如權(quán)利要求1所述的一種制備一維納米氧化鋅的方法，其特征在于:所述步驟5中的室溫攪拌的速度為60(T800轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時間為2h。
4.如權(quán)利要求1所述的一種制備一維納米氧化鋅的方法，其特征在于:所述離心分離后獲得的上層清液PN和庚烷的混合溶液純化處理，回收再利用。
5.如權(quán)利要求1所述的一種制備一維納米氧化鋅的方法，其特征在于:所述干燥指置于烘箱中60°C干燥6h。
6.如權(quán)利要求1所述的一種制備一維納米氧化鋅的方法，其特征在于:所述一維納米氧化鋅的長徑比為2-20。
【文檔編號】C01G9/02GK103771493SQ201410051031
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月14日
【發(fā)明者】王茂華, 周芙, 張波 申請人:常州大學(xué)