[发明专利]一种量子尺寸氧化锌及其制备方法和应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种量子尺寸氧化物及其制备方法以及将其用作气敏材料。

背景技术

氧化锌是一种N-型半导体金属氧化物，可在气敏、激光器、高密度存储器、压电器件、催化领域和生物荧光标记等多方面展现出特殊的用途。目前应用于气敏的金属氧化物制备过程都比较复杂，不利于工业化生产。这在很大程度上限制了这些金属氧化物在气敏方面的应用。而氧化锌是一种比较高性能、低成本的气敏材料。目前量子尺寸氧化锌的制备主要有物理法和化学法，化学法是目前最为简便和常用的方法。但是，目前的化学制备法都存在一定的局限性，主要的问题就是氧化锌聚集长大及尺寸不均一性。特别是量子尺寸氧化锌成核和晶化温度较高，在高温灼烧的时候，量子尺寸氧化锌很容易迅速长大，甚至发生二次团聚生成大的团聚体。这大大影响了量子尺寸氧化锌在各方面的应用。文献[1]：Journal of Alloys and Compounds，2009，477，632～635中Jinghai Yang等人利用水热法制备量子尺寸氧化锌，结果表明，它们在低温下的结晶度不高，而在高温下氧化锌尺寸太大。文献[2]：JACS，2007中Ying-Song Fu等人利用水热法制备了尺寸为5nm的量子尺寸氧化锌，结果表明，该方法制备的量子尺寸氧化锌产量极低，不适于用来生产。文献[3]：ScienceDirect，2008中Na Zhang等人利用乙醇热法制备量子尺寸氧化锌，结果表明，该法制备的氧化锌为柱状，尺寸较小。

从上述文献可见，量子尺寸氧化锌的制备方法还不够成熟，不能制备出理想的量子尺寸氧化锌晶体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量子尺寸的氧化锌材料及其制备方法以及将该材料用作气敏材料。

本发明所提供的量子尺寸氧化锌，具体制备方法如下：

在反应容器中，将可溶性锌盐溶于无水乙醇中，配成摩尔浓度为0.03～0.1M的溶液，在室温条件下，转速为100～500rpm的强烈搅拌下，用浓度为0.05～0.15M的氢氧化钠-无水乙醇溶液缓慢滴加到上述溶液中至pH值为8.0～14.0，待搅拌至1h后，加入油酸，油酸与锌盐的摩尔比为1∶0.38～1.5；继续搅拌1h，使其形成白色胶状物。用离心机将白色胶状物离心，用无水乙醇洗涤2～3次，将得到的白色沉淀在50℃下干燥4～7h，得到氧化锌粉体，置于马弗炉中焙烧，以8～10℃/min速度升温，200℃～600℃保持40～60分钟；得到氧化锌粉体。

其中可溶性锌盐是Zn(NO₃)₂·6H₂O、ZnCl₂或Zn(Ac)₂·2H₂O中的一种。

对得到的产物进行如下表征：

图1是实施例1产物的透射电镜(HRTEM)照片，由图1可看出样品为分散均匀、尺寸均一的氧化锌晶体，其颗粒直径约为5nm，为量子尺寸。

图2是实施例1、2、3的产物的荧光光谱(PL)分析图，从图中2可见，以350～400nm波长的光激发时，不同焙烧温度的样品都在530nm处由很强的绿光发射。而且，在600℃焙烧温度下的发射光谱最强，而200℃焙烧温度下的发射光谱最弱。这说明结晶度对其发光性能有很大影响。

图3是实施例1、2、3的产物X射线衍射分析(XRD)图，由图3中可见，特征峰的位置和强度与粉末衍射标准联合委员会卡(JCPDS No.36-1451，晶胞参数a为0.3250nm，c为0.5207nm)基本一致，其晶面间距d值(单位：nm)分别为0.28220、0.26108、0.24820、0.19156、0.16290、0.14793和0.13800，分别对应于纤锌矿结构氧化锌的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)和(112)晶面。证明得到的产物为纤锌矿结构的量子尺寸氧化锌。

图4是实施例1制备的量子尺寸氧化锌和纯油酸的傅里叶红外变换光谱(FTIR)对比图，由图4可见，样品中有振动峰位于455cm^-1的量子尺寸氧化锌，还有位于3300-3500cm^-1、1583cm^-1和1406cm^-1的峰，它们分别对应于-OH的伸缩振动峰以及羧酸根(COO^-)的不对称和对称伸缩振动峰。这表明样品表面具有大量羟基，同时样品表面还存在一些游离的羧酸根离子。

本发明的有益效果：