[发明专利]一种液相沉淀法制备氧化锌多孔空心球的方法

说明书

技术领域

 本发明属于属于气敏材料的制备，特别是一种液相沉淀法制备ZnO多孔空心球的方法。

背景技术

氧化锌是一种重要的宽带隙化合物半导体，在化学传感器、压电、光催化、光电转换、蓝绿发光二极管和激光器等领域具有重要的应用价值。在化学传感器、压电、光催化、光电转换应用过程中，增大氧化锌比表面积一直是提升其性能有效方法。目前常用的制备氧化锌的方法，如模板法、溶胶-凝胶法、微乳液法等，通常仅可利用材料的外表面，尚未充分发挥材料的性能，本专利所提出的氧化锌多孔空心球传可充分利用材料的内表面和外表面，有可能实现提高材料的上述应用性能。

发明内容

本发明的目的是根据上述技术分析，提供一种液相沉淀法制备氧化锌多孔空心球的方法，该制备方法工艺简单、成本低，且可获得均匀分布的ZnO纳米多孔空心球，比表面积较大；该材料用于制备旁热式气敏元件，与监测气体能充分接触。

本发明的技术方案：

一种液相沉淀法制备氧化锌多孔空心球的方法，以六次甲基四胺和硝酸锌为原料，以柠檬酸钠为表面活性剂，在水中进行沉淀反应，步骤如下：

1）将六次甲基四胺溶于去离子水中，超声使其完全溶解，加入硝酸锌并完全溶解后，再加入柠檬酸钠，制成反应液；

2）将反应液置于80～95℃水浴槽中反应3-7h后抽滤，得到白色沉淀物，将沉淀物分别用去离子水、无水乙醇充分洗涤，过滤后将沉淀物在50～80℃温度下烘干，即可制得粉末状氧化锌多孔空心球。

所述六次甲基四胺、硝酸锌、柠檬酸钠和去离子水的用量比为100 ml去离子水中六次甲基四胺为0.1-0.4g、硝酸锌为0.5-0.8 g、柠檬酸钠为0.1-0.2g。

 

本发明的反应原理：在无柠檬酸钠存在时，氧化锌易于形成棒状结构，但由于存在柠檬酸钠，规整的链状结构使其很容易吸附在ZnO晶种的表面改变其生长过程，导致片状结构的形成，片状结构不断聚集最终形成了表面为多孔片状结构的ZnO多孔空心球。ZnO多孔空心球的表面是由许多颗粒组合而成多孔片状结构,颗粒之间又有空隙，有些球表面没有完全封闭，部分是敞开的，球的直径约为2μm,气体分子可以进入，内部和外部都可同时与气体接触，从而提高了纳米氧化锌的吸附氧量及与气体的接触面积,将其作为气敏材料具有很好的气敏性能，可作为气敏材料应用于气体传感单元。 

本发明的优点和积极效果：

1) 液相沉淀法制备ZnO多孔空心球的制备方法与其他方法相比，工艺简单、成本低；2) 该方法可以获得均匀分布的ZnO多孔空心球，比表面积较大，多孔结构使其气体充分接触，这特别有利于基于ZnO纳米材料的气敏器件的制造。

【附图说明】

图1是ZnO多孔空心球球壁SEM照片，插图是多孔空心球SEM照片。

图2是ZnO多孔空心球的XRD图。

图3是ZnO多孔空心球的氮气吸附/脱附等温曲线。

图4是ZnO多孔空心球对不同浓度乙醇的灵敏度曲线。

【具体实施方式】

实施例：

一种液相沉淀法制备氧化锌多孔空心球的方法，以六次甲基四胺和硝酸锌为原料，以柠檬酸钠为表面活性剂，在水中进行沉淀反应，步骤如下：

1）将0.7g六次甲基四胺溶于200ml去离子水中，超声使其完全溶解，再加入1.49g硝酸锌，完全溶解后，再称取0.24g柠檬酸钠加入上述溶液，使其完全溶解。

2）将此混合溶液置于95℃水浴槽中，反应后抽滤得白色沉淀，为观察其生长过程，设定了3个反应时间，分别为3h、5h和7h。反应结束后分别将沉淀物用去离子水、无水乙醇充分洗涤，过滤后将沉淀物置于60℃烘箱中干燥，制得粉末状ZnO多孔空心球。为观察退火过程是否会影响产物结构，将制得的产物在400℃马弗炉中煅烧2小时。

图1、图2和图3分别是反应时间为5h的ZnO多孔空心球SEM、XRD、氮气吸附/脱附等温曲线。由图1可知球的表面是由许多颗粒组合而成多孔片状结构, 厚度约为10nm左右，颗粒之间有空隙。由图2可知通过该方法制备的ZnO多孔空心球的为纤锌矿结构，晶化程度很高。由图3的氮气吸附/脱附等温曲线得到产物的比表面积为41.84 m²/g。图4 ZnO不同反应时间多孔空心球对乙醇的灵敏度曲线图，5h为合适反应时间，此时产物对500ppm乙醇的灵敏度为51.4。