[发明专利]一种大面积制备金属或金属氧化物纳米环的简单方法

说明书

【技术领域】：本发明属于化学、化工领域，特别是关于一种环状纳米结构的制备方法。

【背景技术】：近年来环状纳米结构因具有独特的物理、化学性能，以及在光、电、催化和存储等领域具有重要的潜在应用价值而倍受人们的关注。迄今，人们已经制备出多种纳米环，如ZnO、TiO₂和SnO₂纳米环、Au纳米环。然而在金属或金属氧化物纳米环方面，其制备条件相当苛刻且成本昂贵，所以迄今仍缺少一种有效的制备手段。因此很有必要发展一种简单、低廉并且操作方便的方法制备金属或金属氧化物纳米环。

【发明内容】：本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种大面积制备金属或金属氧化物纳米环的简单方法。

该方法以硝酸盐/二氧化硅复合溶胶为前驱体，通过浸渍提拉成膜技术在硅片、或玻璃等上形成硝酸盐/二氧化硅薄膜，再经过两步热处理获得到金属或金属氧化物纳米环。

一种大面积制备金属或金属氧化物纳米环的简单方法，该方法包括以下步骤：

第一、SiO₂溶胶的制备：将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水按照摩尔比为1∶3-8∶3-8的比例混合，并通过硝酸调节混合溶液的pH值在1～3之间，混合溶液经磁力搅拌数1～3小时后，获得二氧化硅溶胶；

第二、在上步SiO₂溶胶中加入硝酸盐，并控制硝酸盐与正硅酸乙酯的摩尔比在1∶0.01～0.1之间，继续搅拌数1～3小时后，获得硝酸盐/二氧化硅溶胶；

第三、以硝酸盐/二氧化硅溶胶为前驱体，采用浸渍提拉的方法在基底上形成硝酸盐/二氧化硅薄膜；

第四、通过两步热处理硝酸盐/二氧化硅薄膜来制备金属或金属氧化物纳米环：首先在150～300℃之间对硝酸盐/二氧化硅薄膜进行热处理1～3小时，然后再在500～800℃之间热处理1～2小时获得金属或金属氧化物纳米环。

所获得的金属或金属氧化物纳米环的面密度在10⁷～10⁹cm^-2之间，纳米环的内径在50-300nm之间，环的平均厚度约30nm。

其中，第四步所述两步热处理硝酸盐/二氧化硅薄膜，第一步热处理温度略高于硝酸盐的熔点，第二步热处理温度高于硝酸盐的分解温度。

所述的硝酸盐是硝酸银、硝酸铁、硝酸锌、硝酸铜、硝酸镍、硝酸钴、或硝酸镁。

本发明的工作原理为：首先通过溶胶-凝胶和浸渍提拉成膜方法制备组成均匀分布的硝酸盐/二氧化硅薄膜，再经过两步热处理工艺大面积制备金属或金属氧化物纳米环，第一步热处理温度略高于硝酸盐的熔点，以促使硝酸盐熔化并从SiO₂基体中相分离而形成微小的硝酸盐液滴，微小的液滴再经过高于其分解温度的第二步热处理，可进一步转化成金属或金属氧化物气泡，最后金属或金属氧化物气泡破裂，并在冷却的过程中自组织形成金属或金属氧化物纳米环。

本发明的优点和积极效果：

(1)该方法可以大面积制造金属或金属氧化物纳米环，且纳米环的内、外直径易于控制和调整；(2)该制备金属或金属氧化物纳米环的方法工艺简单、成本低廉，无需特别的仪器设备，易于大规模生产。

【附图说明】：

图1是金属银纳米环的扫描电镜照片(标线标度为200nm)。

【具体实施方式】：

实施例1：

结合实施例对本发明作进一步说明：

以正硅酸乙酯∶无水乙醇∶去离子水＝1∶5∶3.46的摩尔比例配置二氧化硅溶液。溶液在磁力搅拌器上搅拌半小时，加入浓硝酸溶液，使溶液的pH值为2。继续搅拌2小时，呈现半透明状时，加入硝酸银粉末，其中硝酸银与正硅酸乙酯的摩尔比为1∶0.1。继续搅拌3小时，最终得到透明溶液。然后用硅片作基底采用浸渍提拉成膜技术成膜，待硝酸银/二氧化硅复合薄膜自然风干后，先在250℃热处理1小时，然后再在600℃退火2小时，获得金属银纳米环。图1是所制备的金属银纳米环的扫描电镜照片，所制备的金属银纳米环的面密度约为10⁹cm^-2，纳米环平均厚度约30nm，平均外径约为190nm。

实施例2：

以正硅酸乙酯∶无水乙醇∶去离子水＝1∶5∶3.46的摩尔比例配置二氧化硅溶液。溶液在磁力搅拌器上搅拌半小时，加入浓硝酸溶液，使溶液的pH值为2。继续搅拌2小时，呈现半透明状时，加入硝酸铁粉末，其中硝酸铁与正硅酸乙酯的摩尔比为1∶0.05。继续搅拌3小时，最终得到透明溶液。然后用硅片作基底采用浸渍提拉成膜技术成膜，待硝酸铁/二氧化硅复合薄膜自然风干后，先在210℃热处理1小时，然后再在650℃退火2小时，获得四氧化三铁纳米环。所制备的四氧化三铁纳米环的面密度约为10⁹cm^-2，纳米环平均厚度约30nm，平均外径约为190nm。