[发明专利]自组装氧化锌空心球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机纳米材料的制备方法，特别是一种自组装氧化锌空心球的制备方法。

背景技术

氧化锌是一种重要的直接宽禁带半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，且激子束缚能高达60meV，大于室温下的离化能26meV，而纳米材料表现出与体材料不同的表面效应、体积效应、量子效应等，因而纳米氧化锌在光学、光电子、太阳能电池、光催化、生物传感、场发射等领域具有十分广阔的应用前景。目前，纳米氧化锌的结构控制和性能研究已成为纳米技术的研究热点，研究人员已经制备出了氧化锌纳米带(Science 2001，29：1947～1949)、纳米线(Adv.Mater，2002，14：215～218)、纳米锥(Langmuir，2006，22：6335～6340)、六角纳米片(Angew.Chem.Int.Ed，2004，43：5238～5242)等纳米结构。

空心球纳米材料是一类重要的纳米结构材料，由于空心纳米结构具有低密度、高比表面、大空腔等特点，而且常常表现出实心材料所不具备的独特性能，所以在催化、药物释放、气敏等领域具有很多重要的应用。通常情况下，氧化锌空心球结构的制备需要多个步骤才能实现，如模板法(J.Phys.Chem.B，2008，112：16～22)和Oswald熟化(Mater.Lett，2007，61：1060～1063)生长等需要相对复杂的操作工艺，有一定的局限性，而化学气相沉积工艺(J.Phys.Chem.B，2006，110：23211～23214)生产设备昂贵，成本和能耗较高，不易于大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自组装氧化锌空心球。

本发明的另一目的在于提供一种具有工艺简单、操作简便、对设备要求低等优点的自组装氧化锌空心球的制备方法。

本发明所述自组装氧化锌空心球为JCPDS编号为36～1451的纤锌矿结构氧化锌，氧化锌空心球是由尺寸1～2μm的片状纳米结构组装而成，氧化锌空心球的直径为5～20μm，氧化锌空心球的球壁厚度为0.5～2μm。

本发明所述自组装氧化锌空心球的制备方法包括以下步骤：

1)将六水硝酸锌和尿素溶于乙二醇和去离子水组成的混合溶剂中，搅拌溶解后配制成前躯体溶液；

2)将前躯体溶液放入密闭的高压反应釜中，再将高压反应釜置入电热恒温鼓风干燥箱内进行溶剂热反应；

3)溶剂热反应后冷却至室温，打开高压反应釜，将反应产物过滤，洗涤，干燥，得碱式碳酸锌前躯体；

4)将碱式碳酸锌前躯体置于管式热处理炉中热处理，得自组装氧化锌空心球。

在步骤1)中，所述六水硝酸锌和尿素按摩尔浓度比最好为1∶(5～10)，所述乙二醇和去离子水组成的混合溶剂中，按体积比，乙二醇∶去离子水最好为1∶3～3∶1，所述前躯体溶液最好为Zn²⁺摩尔浓度为0.1～0.3M的前躯体溶液。

在步骤2)中，所述溶剂热反应的温度最好为110～130℃，溶剂热反应的时间最好为6～12h。

在步骤3)中，所述洗涤最好先用去离子水洗涤，再用无水乙醇洗涤；所述干燥最好在50～60℃下干燥3～5h。

在步骤4)中，所述热处理的温度最好是在300～400℃下保温1～2h，所述热处理的温度的升温速率最好是1～3℃/min。

对制备的自组装氧化锌空心球进行X射线衍射分析，发现产物为JCPDS编号为36～1451的纤锌矿结构氧化锌；对氧化锌空心球进行扫描电子显微镜表征，得到的照片表明氧化锌空心球是由尺寸约为1μm的片状纳米结构组装而成，球的直径为5～20μm，球壁的厚度为0.5～2μm。

由于本发明所采用的制备工艺不使用任何软、硬模板，仅通过选择适当的溶剂得到自组装氧化锌空心球，因此本发明的方法具有工艺简单、操作简便、对设备要求低等优点，所制备的自组装氧化锌空心球在催化、传感、药物释放、气敏和染料敏化太阳能电池等领域具有广阔的潜在应用价值。

附图说明

图1为溶剂热反应制备的前躯体碱式碳酸锌的X射线衍射(XRD)谱图。在图1中，横坐标为衍射角(度)，纵坐标为强度；衍射峰从左到右分别对应于JCPDS编号为19～1458的碱式碳酸锌的(200)，(-111)，(310)，(020)，(021)，(002)，(510)和(023)晶面的衍射峰位。