[发明专利]一种一维氧化锌纳米材料及其制备方法

说明书

所属领域

本发明涉及氧化锌材料及其制备和用途，具体涉及一维氧化锌纳米材料及其制备方法。该氧化锌纳米材料具有高气敏性能，是一种好的气敏材料。

背景技术

氧化锌作为一种具有3.37eV的禁带宽度与60meV的电子激发能垒的半导体材料被广泛的应用于制作气敏材料、光电材料和催化材料。到目前为止，大多数纳米氧化锌材料研究成果集中在零维和二维纳米氧化锌的制备和应用上。同普通氧化锌材料一样，纳米氧化锌应用于气敏材料是通过吸附目标气体改变其电阻性质达到检测要求的，零维和二维氧化锌材料各自存在在高温团聚气敏性下降及操作温度较高等由于结构引起的缺点。

一维纳米结构指的是材料在空间三维取向上有一维长于纳米尺度，一维纳米材料的形貌比较多样，如纳米线，纳米管，纳米带，纳米树杈等。一维氧化锌纳米材料有较强的表面效应和量子效应，在高温下结构稳定，不宜团聚，且对气体的响应温度较低，灵敏度较高。通过不同的制备方法和制备参数可控制其晶体尺寸和形貌，结构形貌的差异会引起气敏性质的不同。

近年来，由于一维纳米材料的独特性质，一维纳米材料的研究和应用引起了国内外学者研究的重视。但是，目前文献中报道的一维氧化物合成以物理法居多，如高温蒸发、激光烧蚀法、分子束外延附生法、化学气相沉淀法和电化学模板法等，这些制备方法设备复杂，条件苛刻，有时需要昂贵气体保护，成本高，无法满足当前纳米器件发展的需求。湿化学方法，如溶胶水热法、溶剂热法、逆微乳液法等由于其对设备要求不高，成本较低易于应用于工业制备气敏材料。

文献[1]Hydrothermal synthesis and gas sensing characters of ZnO nanorods，Sensorsand Actuators B，2006，113(1)：526-531中，通过锌粉与十六烷基三甲基溴化铵在182℃下水热24小时得到了约1μm长，直径40～80nm的一维纳米氧化锌。该氧化锌有较好的结晶度和较短的恢复时间。但是该制备法温度相对较高，产品的气敏性还有提高的可能。

文献[2]Brush-Like Hierarchical ZnO Nanostructures：Synthesis，Photoluminescenceand Gas Sensor Properties，J.Phys.Chem.C，2009，113(9)，3430-3435中，通过以一维氧化锌纳米线作为前体，在水热反应下与一定浓度的氢氧化钠混合反应10小时得到的刷子状的一维纳米氧化锌，该氧化锌晶体长度约为100～200nm，直径10～20nm。该制备方法对乙醇的选择性较高，响应浓度较低，但制备方法略微复杂，原料也不易得。

文献[3]CN 101092743A公开了一种利用锌-草酸盐水热法制备一维纳米氧化锌的方法，该方法采用微波预处理锌片，后与草酸配制成盐溶液，与碱溶液混合后在140℃下水热反应24小时得到直径50～300nm，长度为500μm～1mm的纳米线。该方法制得的一维晶体长径比较大，但预处理较为繁琐，反应温度较高，反应时间也较长。

发明内容

本发明的目的是提供一种一维氧化锌纳米材料及其制备方法，该纳米氧化锌材料具有高气敏性能，是一种好的气敏材料。

本发明的操作步骤如下：

A.用去离子水与锌盐配制0.05～0.5mol/L的锌盐溶液，取适量置于带搅拌的反应器中；其中锌盐是硫酸锌、氯化锌、硝酸锌、磷酸锌或醋酸锌；

B.将氢氧化钠溶于去离子水中配制0.5～3mol/L的氢氧化钠水溶液；

C.在搅拌下，将步骤B配制的氢氧化钠溶液缓慢滴加到步骤A配制的锌盐溶液中，直至溶液中锌离子与氢氧根离子的摩尔比为1∶5～8，继续搅拌15～30分钟，按每升反应液中加入2～4g表面活性剂计，将表面活性剂加入反应器，搅拌溶解；密封反应器，升温至70～100℃温度，恒温反应4～8小时，自然冷却到室温，将产物过滤，以去离子水洗涤3～5次，再用无水乙醇洗涤3～5次后自然晾干，得到结晶度良好的一维氧化锌纳米材料。其直径为100～300nm，长度为2～8μm，形貌为纳米树杈或者纳米棒状。

步骤C所述的表面活性剂是十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵；所加溶液占反应器容积的40～50％。

对得到的产物进行如下标征：