[发明专利]一种一维氧化锌晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种一维氧化锌(ZnO)晶体的制备方法，该ZnO可应用在光学、电学领域，在石油化工和精细化工领域的催化反应中，也可作为催化剂或者催化剂载体，属于半导体材料和催化技术交叉领域。

背景技术

ZnO作为一种重要的宽带隙半导体，带隙宽度3.37eV，结合能高达60meV。ZnO具有优越的光、电、电化学、光电等特性。在催化应用中，ZnO一般作为多相反应的催化剂或催化剂载体用于石油化工和精细化工中，也可用于光催化和电催化反应。例如，ZnO可以直接作为催化剂或分散于Al₂O₃、SiO₂、TiO₂上，或作为载体负载Au、Pt、Pd等，在催化苯甲酸加氢、有机物降解、不饱和醛加氢等多个反应中显示出很好的催化性能。

各向异性生长的一维纳米材料具有独特的物理和化学性质，其合成和应用受到广泛关注。一维ZnO材料可通过物理气相沉积(CN 201110224413.4)、金属有机化学气相沉积(CN 200610011195.5)、脉冲激光沉积(CN 201410458885.X，CN201210252567.9)、模板法(Science,2000,290,2126)等多种方式合成。但上述方法生产ZnO产量低，难以满足大规模生产需求。而液相合成一维ZnO晶体则具有低成本、操作可控性高、易于大规模生产等优点。传统液相合成方法(Nano Research,2011,4,1013)通过碱液提供的OH^–与锌离子形成Zn(OH)₄^2-聚集体，该聚集体作为一维材料生长单元不断聚集并且分解形成ZnO晶体。传统方法中也可以由醇提供OH^–形成Zn(OH)₄^2-聚集体，进而生长成为ZnO晶体。大量的研究报道集中在控制合成参数，通过调节OH^–和Zn²⁺结合及其脱水方式从而调控ZnO结构，对于利用含碳酸根离子前驱体的合成来促进一维ZnO晶体生长未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种形貌均一规整的一维ZnO晶体的制备方法。本发明的技术方案是利用含碳酸根阴离子的碱性沉淀剂沉淀锌盐，控制反应温度和时间来生成碱式碳酸锌前驱体。之后在碱性溶液中水热后处理碱式碳酸锌前驱体，通过调控碱式碳酸盐前驱体以特定的方式脱水获得具有均一规整形貌的一维结构ZnO晶体。

本发明提供的一种一维ZnO晶体的制备方法，包括如下步骤：将锌盐溶液(ZnCl₂、ZnSO₄、Zn(NO₃)₂、Zn(Ac)₂、Zn(acac)₂中一种或几种)与含含碳酸根的碱性沉淀剂(Na₂CO₃、K₂CO₃、Li₂CO₃、(NH₄)₂CO₃等中的一种或几种)混合，锌盐的摩尔浓度为0.1～3.0mol/L，碱液沉淀剂的摩尔浓度为0.01～5.0mol/L，锌盐与碱液沉淀剂的摩尔比为1:0.2～5.0，控制混合溶液的pH值为5～7，温度为20～80℃，反应1～60min，经过滤干燥即得前驱体沉淀。之后将前驱体放入碱液(NaOH、LiOH、KOH、NH₃·H₂O、Na₂CO₃、K₂CO₃、Li₂CO₃、(NH₄)₂CO₃中的一种或几种)中水热后处理，碱液的摩尔浓度为0.01～15.0mol/L，加入比例为0.01～0.2g前驱体加入1mL碱液，不含碳酸根阴离子碱液的pH值应大于等于12，含碳酸根阴离子碱液的pH值应大于等于7，反应的温度为60～200℃，反应的时间为30～1440min，即可得不同形貌的一维ZnO晶体。