[发明专利]锌化合物的制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及通过LBZA材料的热处理制备层状碱式醋酸锌(layeredbasiczincacetate)(LBZA)材料的新方法，以及涉及制备多晶氧化锌结构，尤其是特征为纳米尺寸的晶体的方法。获得的材料是建议的一个方面。由于氧化锌纳米结构的特有性能，获得的氧化锌纳米结构在各种应用中是有用的。

背景技术

氧化锌(ZnO)是已知的和广泛使用的半导体材料，由于其在微电子装置、光电子装置、压电装置、气体传感器、光化学和光伏装置等中可以进行开发的性能。因此，ZnO纳米结构的有效和高效率的制备引起了广泛的兴趣。已知它们具有多种晶体形态，包括纳米丝、纳米棒、纳米带和纳米片。

最初，它们使用气相方法来制备—见例如“ZincOxideNanostructures:SynthesisandProperties”,FanandLu,UCIrvine2005。最近，已经提出了湿化学途径，用来降低加工温度和设备成本。各种出版物已报道了这种方法，其中，层状碱式醋酸锌(LBZA)作为晶体形成自醋酸锌溶液，并且随后加热(煅烧或退火)以形成纳米晶体ZnO(通过热分解)。参见，例如12^thIEEEInternationalConferenceonNanotechnology(BirminghamUK,August2012)“NanocrystallineZnOobtainedfrompyroliticdecompositionoflayeredbasiczincacetate…”,A.Tarat,R.Majithia等，其总结了一些早期的建议并描述了实验室生产，其中，(i)醋酸锌与硝酸锌和六亚甲基四胺(HMTA)的溶液，在微波炉中加热以产生LBZA的纳米片，过滤，并且将ZnO在400℃至600℃下退火，或者(ii)在65℃下简单加热含水醋酸锌20小时以产生纳米带LBZA。GB-A-2495074是相关的公开内容。还参见J.Nanopart.Res.(2011)vol.13pp5193–5202，“Evolutionofthezinccompoundnanostructuresinzincacetatesingle-sourcesolution”，Wang等也说明通过冷却简单的醋酸锌水溶液来形成LBZA纳米带。

虽然这些早期的出版物描述了相比于气相方法更容易进行的方法，并且已经注意到如所指出的各种晶体形态的潜在可用性，但对于下述各项存在很大的改善空间：在溶液中形成的LBZA结构的形态纯度，产率，以及确定这样的醋酸盐溶液，其可以快速地、便利地和大量地形成具有合适的形态纯度的LBZA。

发明内容

我们的建议

本文中我们的建议总体涉及这样的方法，其中，LBZA晶体形成自锌和醋酸根离子的溶液(通常通过在去离子水中溶解醋酸锌二水合物制备)。优选地，醋酸根离子是在溶液中用于锌的仅有的抗衡离子，例如通过醋酸锌作为仅有的锌化合物用来形成溶液。这是经济且简单的并且还产生比一些已知的方法更好的纯度和产率。

醋酸锌的浓度会影响形成晶体的能力和晶体的形态和均匀性，所以在一定程度上它取决于所期望的产物形态。并不存在严格的限制，但通常醋酸锌浓度大于0.01M，并且优选为至少0.05M。通常，其小于0.3M，或优选不高于0.2M。典型的优选的范围是从0.05至0.2M，或从0.07至0.12M。

为了促进LBZA晶体的形成，在反应溶液中我们包括一种或多种碱性化合物。这本身是已知的，因为先前提出的建议已使用，例如氨、尿素或HMTA(如上文所述)。一般来说，我们更喜欢弱碱，以及尤其是有机胺碱以促进产物中晶体大小和所处环境(habit)的均匀性。优选的碱具有在25℃下不大于9的pKa，优选不大于8.5。pKa通常高于5，更优选高于6。因此可以使用有机胺碱。

在我们目前的工作中，我们已发现，借助于Tris碱(三(羟甲基)甲胺)会获得特别好的结果，以及在本文描述种类的任何方法中，将Tris碱作为碱(或作为多种碱中的一种)使用是我们的建议的一个新的方面。然而，可以使用其它有机碱，如上文提到的HMTA。可以使用的胺包括取代的烷基胺，如羟烷基胺。