[发明专利]一种制备三维氧化锌纳米自组装结构的方法

说明书

本发明涉及一种制备三维氧化锌纳米自组装结构的方法，它包括（1）锌箔预处理；（2）配制溶液；（3）将锌箔与混合溶液放入特氟龙内衬不锈钢反应釜中进行水热反应，水热反应温度为60‑150℃，反应时间为5‑15h；（4）将步骤（3）得到的产物用去离子水清洗、烘干；（5）将步骤（4）得到的产物在马弗炉中退火，退火温度为300℃‑700℃，退火时间为2‑6h，即得到ZnO纳米自组装结构。本发明工艺简单，无需催化剂，并在相对较低的温度下可获得性能良好的三维ZnO纳米结构。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种三维氧化锌纳米自组装结构的制备方法。

背景技术

ZnO作为一种重要的宽带隙半导体，其激子束缚能为60 meV，且具有高电子迁移率的特点，在许多领域得到广泛应用，如太阳能电池、气敏元件、LED以及光催化等。

ZnO的性能及应用与其微结构（尤其是形貌和维度）有着紧密联系。0维ZnO纳米结构，如纳米粒等；一维ZnO纳米结构，如纳米棒、纳米线等；二维ZnO纳米结构，如纳米片，纳米带等；三维ZnO纳米结构，如纳米球，纳米花等。目前研究者们正致力于将低维度的纳米级结构组装成三维结构以获得更好的性能。Chen等借助表面活性剂十六烷基硫酸钠通过纳米片组装成花状ZnO纳米结构。Shi和Sun等报道了由剑状和针状纳米棒组装的花状ZnO纳米结构。然而，大部分报道的花状ZnO纳米结构以粉末的形式存在，限制了应用且给回收带来了困难。而选择将ZnO结构沉积在Si片或ITO 玻璃上则会带来成本昂贵、工艺复杂的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种工艺简单，无需催化剂，并在相对较低的温度下可获得性能良好的三维ZnO纳米结构的制备方法。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所述的一种制备三维氧化锌纳米自组装结构的方法，它包括以下步骤，

（1）锌箔预处理：用不同目数的砂纸依次对锌箔进行打磨抛光，然后用再依次用丙酮、无水乙醇、去离子水对锌箔进行超声清洗5-20min，烘干待用；

（2）配制溶液：称量2.2-3.4g NaOH和7.68 g Zn(Ac)₂•2H₂O溶解于100 ml去离子水中；

（3）将锌箔与混合溶液放入特氟龙内衬不锈钢反应釜中进行水热反应，水热反应温度为60-150℃，反应时间为5-15h；

（4）将步骤（3）得到的产物用去离子水清洗、烘干；

（5）将步骤（4）得到的产物在马弗炉中退火，退火温度为300℃-700℃，退火时间为2-6h，即得到ZnO纳米自组装结构。

通过对氢氧根离子浓度进行微调节，对三维氧化锌纳米自组装结构微观形貌进行控制，其中氢氧根离子浓度的调节范围为0.1-3.5 摩尔/升。

通过调节反应溶液中反应原料的浓度来调控反应液中氢氧根离子浓度，其调节范围为0.1-3.5 摩尔/升。

本发明制备的三维ZnO纳米结构可作为光催化剂应用于环境污染治理领域。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：

（1）选择以锌箔为基底沉积ZnO纳米结构，降低了成本；

（2）不使用催化剂，反应温度相对较低，工艺简单化，且避免了引入不必要的杂质，较易实现ZnO纳米结构的制备；

（3）通过简单的调控氢氧根离子的浓度可实现ZnO三维纳米结构的形貌可控制备；

（4）合成的ZnO三维纳米结构光性能表现良好，在光催化领域降解污染物具有很大潜力。

附图说明