[发明专利]一种基于液相激光烧蚀制备ZnO/Zn2

说明书

本发明公开了一种基于液相激光烧蚀制备ZnO/Zn₂SnO₄纳米棒的方法。采用液相激光烧蚀与溶剂热法相结合的方式，通过激光烧蚀浸没在溶液中的高纯金属锌靶，获得高活性溶剂热前驱体，经过溶剂热法在较温和的条件下生长氧化锌纳米棒，再通过激光烧蚀浸没在溶液中的高纯金属锡靶，获得高活性溶剂热前驱体，并与上述制备的氧化锌纳米棒混合，进一步通过二次溶剂热法在氧化锌纳米棒上生长出结晶性良好的锡酸锌颗粒，并形成ZnO/Zn₂SnO₄纳米棒。本发明所采用方法与现有制备ZnO/Zn₂SnO₄纳米棒的方法相比具有纯度高、反应条件温和、无杂质元素、操作简单和无表面活性剂添加等优点，并且溶剂热前驱体具有高活性，反应迅速。

技术领域

本发明涉及金属氧化物半导体纳米材料制备技术领域，特别是一种基于液相激光烧蚀制备ZnO/Zn₂SnO₄纳米棒的方法。

背景技术

紫外光探测在平流层臭氧监测、火焰防护、消防领域和光通信等方面引起广泛研究与应用。目前，氧化锌(带隙约为3.37eV)已被广泛应用于紫外光电探测，但其带隙仍不够宽，难以探测到波长更短的紫外光。三元金属氧化物Zn₂SnO₄带隙为3.64eV，且具有电子迁移率高、电子传递快和响应速度快的优势。相比氧化锌，其带隙得到进一步拓展，且避免了由于掺杂ZnO带来的相分离。通过在氧化锌表面制备一层锡酸锌，形成ZnO/Zn₂SnO₄核壳结构或多层结构可拓宽氧化锌探测范围，实现宽光谱响应。

目前，对于ZnO/Zn₂SnO₄核壳结构纳米棒的制备已有一些文献报道。Li等人 (ACSnano,2017,11(4):4067-4076)通过化学气相沉积以Zn和Sn粉末为原料合成出锡酸锌纳米线，再通过水热法在锡酸锌纳米线表面修饰了ZnO量子点。 Supamas Danwittayakul等人(IndustrialEngineering Chemistry Research,2013, 52(38):13629-13636)以二水合醋酸锌与氢氧化钠的混合溶液作为籽晶层水热生长 ZnO纳米棒阵列，再通过二次水热法以ZnO纳米棒阵列、氯化锡与氢氧化钠为原料制备出直径约为150nm的ZnO/ZTO异质结。而目前已有的制备方法都较为复杂，反应时间较长并且容易引入杂质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于液相激光烧蚀制备ZnO/Zn₂SnO₄纳米棒的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于液相激光烧蚀制备ZnO/Zn₂SnO₄纳米棒的方法，通过激光烧蚀浸没在溶液中的高纯金属锌靶，获得高活性溶剂热前驱体，经过溶剂热法在较温和的条件下生长氧化锌纳米棒，再通过激光烧蚀浸没在溶液中的高纯金属锡靶，获得高活性溶剂热前驱体，进而通过二次溶剂热法在氧化锌纳米棒上表面制备出锡酸锌颗粒，并形成ZnO/Zn₂SnO₄异质结纳米棒。具体包括以下步骤：

步骤1、在反应容器中加入配制好的溶液，将锌靶置于溶液中，并使溶液浸过锌靶表面；在另一反应容器中加入配制好的相同溶液，将锡靶置于溶液中，并使溶液浸过锡靶表面；

步骤2、调节激光器的脉冲激光光束的光路，使激光光束聚焦在溶剂液面以下的锌靶，设置激光波长、频率及能量，开启脉冲激光，在液体环境中对锌靶进行烧蚀反应；在激光烧蚀过程中采用磁力搅拌器持续搅拌溶液直至烧蚀结束；

步骤3、取出金属锌靶，将容器中的前驱体溶液转移至反应釜中升温至设定温度，并保温；

步骤4、反应结束后，反应体系随炉冷却至室温；去除反应釜中上层清液，将反应釜底部产物用乙醇清洗离心，得到沉淀ZnO纳米棒；