一種啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于納米氣敏材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料的制備方法，以Zn(NO3)2·6H2O和六次甲基四胺為反應(yīng)原料，以水為溶劑，利用水熱合成技術(shù)制備ZnO啞鈴型棒狀結(jié)構(gòu)，室溫靜置后自發(fā)腐蝕得到啞鈴型微米環(huán)氣敏材料，制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，生產(chǎn)成本低，易于批量生產(chǎn)，制備的產(chǎn)品純度高，結(jié)晶性好，比表面大，在氣體傳感器和光催化等方面具有潛在用途。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001]本發(fā)明屬于納米氣敏材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種ZnO微米環(huán)狀結(jié)構(gòu)的制備方法， 特別是一種啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】:
[0002]氧化鋅(ZnO)是一種重要的寬帶隙金屬氧化物半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度約為 3.37eV，具有制備簡(jiǎn)單、物理化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于光催化、太陽(yáng)能電池材料、發(fā)光材料、壓電材料、光探測(cè)器、氣體傳感器等研究領(lǐng)域。ZnO微納米結(jié)構(gòu)的制備近年來(lái)取得了巨大的發(fā)展，其制備方法主要有物理氣相沉積和液相化學(xué)法。目前已經(jīng)報(bào)道的ZnO微納米結(jié)構(gòu)主要包括一維的線/棒/管狀結(jié)構(gòu)和二維的納米片/納米盤(pán)結(jié)構(gòu)，而ZnO微納米環(huán)狀結(jié)構(gòu)的報(bào)道較少。
[0003]目前，ZnO微納米環(huán)狀結(jié)構(gòu)材料的制備方法主要是高溫氣相反應(yīng)或者液相法，例如，文獻(xiàn)“X.Y.Kong，Y.Ding，R.Yang，Z.L.Wang,Science 2004,303,1348-1351”較早報(bào)道了利用ZnO和Li2C〇3為反應(yīng)物在 1400°C 下制備ZnO納米環(huán)；“Ramin Yousefi，CrystEngComm, 2015，17，2698-2704”報(bào)道了在1100 °C利用ZnO為原料，Au為催化劑在Si片上生長(zhǎng)ZnO納米環(huán)的方法；“X.Wu，F(xiàn).Qu，X.Zhang.W.Cai，G.Shen，JournalofAlloysandCompounds 2009， 486，L13-L16”報(bào)道了利用熱蒸發(fā)方法，以ZnS和活性碳為原料在900°C生成ZnO納米環(huán)；顯而易見(jiàn)，高溫氣相方法反應(yīng)條件苛刻，不利于大規(guī)模制備。液相法則因?yàn)榉磻?yīng)條件比較溫和， 制備過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，容易操作而更具有意義，例如文獻(xiàn)“Y.Peng，L.Bao，F(xiàn)rontiers of Chemistry in China ,2008，3,458-463” 報(bào)道了利用UH12N4和Zn(N03)2為原料，poly (已。^1&1111(16-(3〇-(11&1171(1;[11161:1171&1111]1〇11；[11111(3111〇1'1(16)為表面活性劑，在75°〇反應(yīng)511得到了ZnO納米環(huán)結(jié)構(gòu)；“J.Wu，D.Xue，Materials Research 13111161:;[11，2010,45,295-299”報(bào)道了利用Zn(CH3COO)2為原料，醇水混合溶劑，以金屬Zn片為模板制備ZnO納米環(huán)。但是，上述方法使用了表面活性劑或者金屬模板，提高了生產(chǎn)成本。此外，文獻(xiàn)中目前還未見(jiàn)關(guān)于啞鈴型 ZnO微米環(huán)狀結(jié)構(gòu)的報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)提供一種利用液相法合成技術(shù)制備啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料的方法，該方法不使用任何表面活性劑，反應(yīng)溫度較低，適合大規(guī)模的制備半導(dǎo)體ZnO環(huán)狀結(jié)構(gòu)，制備的材料氣敏性能好。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明以Zn(N03)2.6H20和六次甲基四胺(HMT)為反應(yīng)原料，以水為溶劑，利用水熱合成技術(shù)制備ZnO啞鈴型棒狀結(jié)構(gòu)，室溫靜置后自發(fā)腐蝕得到啞鈴型微米環(huán)氣敏材料，具體包括以下步驟:
[0006](1)分別配制濃度為0.05M的六次甲基四胺(HMT)溶液和濃度為0.05M的Zn (N〇3) 2溶液；
[0007](2)將步驟(1)配制的六次甲基四胺(HMT)溶液20mL和20mL Zn(N03)2溶液20mL混合后裝入50mL聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜，在90°C保溫反應(yīng)3-5h后冷卻得到白色懸濁液；
[0008](3)將步驟(2)得到的白色懸濁液在室溫下放置24-96h，依次用去離子水和乙醇在 4000rpm條件下離心洗滌后得到白色樣品；
[0009](4)將步驟(3)得到白色樣品在60 °C干燥12h，制備得到啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，生產(chǎn)成本低，易于批量生產(chǎn)，制備的產(chǎn)品純度高，結(jié)晶性好，比表面大，在氣體傳感器和光催化等方面具有潛在用途。【附圖說(shuō)明】:[〇〇11]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料XRD譜圖。[〇〇12]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料掃描電鏡照片。[〇〇13]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料掃描電鏡照片。[〇〇14]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料在300°C對(duì)50ppm乙醇的響應(yīng)-恢復(fù)曲線。
[0015]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料在300°C對(duì)200ppm乙醇的響應(yīng)-恢復(fù)曲線。
[0016]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3制備的啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料掃描電鏡照片?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0017]下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]實(shí)施例1:[0〇19]本實(shí)施例將20mL濃度為0.05M的HMT溶液和20mL濃度為0.05M的Zn(N〇3)2溶液混合裝入50mL聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜，在90°C保溫反應(yīng)3h，經(jīng)冷卻后得到白色懸濁液;將得到的白色懸濁液在室溫下放置24h，依次用去離子水和乙醇在4000rpm條件下離心洗滌后得到白色樣品，最后將白色樣品在60°C干燥12h，即得啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料。
[0020]本實(shí)施例對(duì)產(chǎn)物啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料進(jìn)行XRD表征，如圖1所示，產(chǎn)物具有良好的結(jié)晶型，為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。
[0021]本實(shí)施例對(duì)產(chǎn)物啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料進(jìn)行SEM表征，如圖2所示，產(chǎn)物具有中空結(jié)構(gòu)，管壁相對(duì)較厚。[〇〇22] 實(shí)施例2:[〇〇23]本實(shí)施例將20mL濃度為0.05M的HMT溶液和20mL濃度為0.05M的Zn(N03)2溶液混合裝入50mL聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜，在90°C保溫反應(yīng)3h，經(jīng)冷卻后得到白色懸濁液;將得到的白色懸濁液在室溫下放置72h，依次用去離子水和乙醇在4000rpm條件下離心洗滌后得到白色樣品，最后將白色樣品在60°C干燥12h，即得啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料。[〇〇24]本實(shí)施例對(duì)產(chǎn)物啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料進(jìn)行SEM表征，如圖3所示，產(chǎn)物具有中空結(jié)構(gòu)，管壁相對(duì)較薄。[〇〇25]本實(shí)施例對(duì)產(chǎn)物啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料進(jìn)行氣敏性測(cè)試，如圖4所示，對(duì)50ppm乙醇具有較快的響應(yīng)和恢復(fù)特性。[〇〇26]本實(shí)施例對(duì)產(chǎn)物啞鈴型Zn0微米環(huán)氣敏材料進(jìn)行氣敏性測(cè)試，如圖5所示，對(duì)200ppm乙醇具有更快的響應(yīng)和恢復(fù)特性。[〇〇27]實(shí)施例3:
[0028]本實(shí)施例將20mL濃度為0.05M的HMT溶液和20mL濃度為0.05M的Zn(N03)2溶液混合裝入50mL聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜，在90°C保溫反應(yīng)5h，經(jīng)冷卻后得到白色懸濁液;將得到的白色懸濁液在室溫下放置96h，依次用去離子水和乙醇在4000rpm條件下離心洗滌后得到白色樣品，最后將白色樣品在60°C干燥12h，即得啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料。[〇〇29]本實(shí)施例對(duì)產(chǎn)物啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料進(jìn)行SEM表征，如圖6所示，產(chǎn)物具有中空結(jié)構(gòu)，管壁相對(duì)較厚。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料的制備方法，其特征在于以Zn(N03)2 ? 6H20和六次甲 基四胺為反應(yīng)原料，以水為溶劑，利用水熱合成技術(shù)制備ZnO啞鈴型棒狀結(jié)構(gòu)，室溫靜置后 自發(fā)腐蝕得到啞鈴型微米環(huán)氣敏材料，具體包括以下步驟:(1)分別配制濃度為0.05M的六次甲基四胺溶液和濃度為0.05M的Zn(N03)2溶液；(2)將步驟(1)配制的六次甲基四胺溶液20mL和20mLZn (N03) 2溶液20mL混合后裝入50mL 聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜，在90°C保溫反應(yīng)3-5h后冷卻得到白色懸濁液；(3)將步驟(2)得到的白色懸濁液在室溫下放置24-96h，依次用去離子水和乙醇在 4000rpm條件下離心洗滌后得到白色樣品；(4)將步驟(3)得到白色樣品在60°C干燥12h，制備得到啞鈴型ZnO微米環(huán)氣敏材料。
【文檔編號(hào)】C01G9/02GK106006706SQ201610334508
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】張軍, 劉相紅
【申請(qǐng)人】青島大學(xué)