一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法，利用水熱法可控制備三維氧化鋅納米條結構，制備的三維氧化鋅納米條結構由于附著在鋅片表面，可以直接作為電極，作為傳感器直接用于物質檢測。
【專利說明】一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法、電化學傳感器電極以及電化學傳感器。
【背景技術】
[0003]ZnO(氧化鋅)為六角釬鋅礦結構，在室溫下其禁帶寬度約為3.37 eV。三維氧化鋅納米條結構在晶格、光電、壓電、氣敏、壓敏等許多方面具有優異的性能，熱穩定性高，在表面聲波器件、太陽能電池、氣敏和壓敏器件等很多方面得到了較為廣泛的應用，在紫外探測器等諸多領域也有著巨大的開發潛力。而且三維氧化鋅納米條結構的許多制作工藝與集成電路工藝相容，可與硅等多種半導體器件實現集成化，因而備受人們重視，具有廣闊的發展前景。
[0004]目前，三維氧化鋅納米結構制備方法多種多樣，主要有:氣相沉積法、射頻濺射法、化學分子束蒸發沉積、噴霧熱分解法、雙離子束濺射沉積法、脈沖激光沉積、以及溶膠-凝膠法等，但是，以上方法都比較繁瑣，制備過程較為復雜。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明提供了一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法、電化學傳感器電極以及電化學傳感器，利用水熱法可控制備三維氧化鋅納米條結構，制備的三維氧化鋅納米條結構由于附著在鋅片表面，可以直接作為電極，作為傳感器直接用于物質檢測。
[0006]本發明采用的技術方案是:
一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法，包括以下步驟:
a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗;超聲清洗時間為10-20min，可以達到活化鋅片表面、在鋅片表面生成氧化鋅納米種子的目的；
b、將無水乙醇和濃鹽酸混合均勻后加入反應釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，將反應釜密閉，在60 0C-1OO °C下反應4-8小時，冷卻至室溫，清洗，室溫干燥，即制得氧化鋅納米薄膜;所述無水乙醇和濃鹽酸的體積比為20-200:1;所述濃鹽酸濃度多8 mol/L。
[0007]—種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結構的鋅片制備。
[0008]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結構的電極制備。
[0009]本發明三維氧化鋅納米條結構的制備方法，是在密閉的高溫高壓反應釜中，采用乙醇做反應溶劑，通過加熱反應體系，產生一個高壓環境而進行材料制備的一種有效方法。本發明選擇在鋅片上生長三維氧化鋅納米條結構，是基于鋅片在酸性條件下，高壓加熱，能在表面生成一層三維氧化鋅納米條結構。本發明制備方法產物純度高、分散性好、晶形好且可控制，生產成本低，重現性好。所制備出的三維氧化鋅納米條結構具有較大的比表面積，作為傳感器材料可以與待測物充分接觸，使電催化反應充分高效。
【附圖說明】
[0010]圖1為實施例1制備的三維氧化鋅納米條結構的掃描電子顯微鏡照片(SEM);
圖2為實施例1制備的三維氧化鋅納米條結構對水合肼進行電化學檢測的循環伏安圖(CV)；
圖中:
I為實施例1制備的三維氧化鋅納米條結構在pH=13的氫氧化鈉溶液中未加入水合肼的循環伏安曲線;2為實施例1制備的三維氧化鋅納米條結構在pH=13的氫氧化鈉溶液中加了
0.05 mM水合肼的循環伏安曲線;3為實施例1制備的三維氧化鋅納米條結構在pH=13的氫氧化鈉溶液中加了0.1 mM水合肼的循環伏安曲線；
圖3為裸鋅對肼進行電化學檢測的循環伏安圖(CV);
圖中:
I為潔凈的未生長氧化鋅的鋅片在pH=13的氫氧化鈉溶液中未加水合肼的線性掃描伏安圖；2為潔凈的未生長氧化鋅的鋅片在pH=13的氫氧化鈉溶液中加了0.05 mM水合肼的線性掃描伏安圖；3為潔凈的未生長氧化鋅的鋅片在pH=13的氫氧化鈉溶液中加了0.1 mM水合肼的線性掃描伏安圖；
圖4為氧化鋅的時間電流曲線(1-T圖)；
圖5為實施例2制備的三維氧化鋅納米條結構的掃描電子顯微鏡照片(SEM);
圖6為實施例3制備的三維氧化鋅納米條結構的掃描電子顯微鏡照片(SEM);
圖7為實施例4制備的三維氧化鋅納米條結構的掃描電子顯微鏡照片(SEM);
圖8為實施例5制備的三維氧化鋅納米條結構的掃描電子顯微鏡照片(SEM)。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法，包括以下步驟:
a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗15min;
b、將20mL無水乙醇和0.lmL12mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60mL反應釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在80 °(:下反應6小時，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結構。
[0012]一種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結構的鋅片制備，三維氧化鋅納米條結構與鋅制電極的質量面積比為0.0155g/cm2。
[0013]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結構的鋅片的電極制備。
[0014]將實施例1制備好的包覆三維氧化鋅納米條結構的鋅片，直接用來作為電極，做電化學性質測試。以NaOH溶液作為電解質，對水合肼進行檢測。
[0015]取10mL 0.1 M NaOH溶液作為電解質溶液放入電解槽中，將實施例1中制備的電極作為工作電極，設定好相關參數，在未加入肼時測循環伏安曲線(圖2中曲線1)，然后用微量進樣器取50yL 0.01 M的肼注入電解槽，測量得圖2中曲線2，電解槽中肼的濃度為0.05mM。比較曲線I和2可發現，在電勢0.6 V，有相應的較大電流變化，說明該電極對肼有電化學響應，再繼續加入50 yL 0.01 M的肼，測得的循環伏安曲線3在電勢0.6 V有更強的電流響應，而此時電解槽中的肼的濃度為0.1 mM。從圖2中我們可以看到，曲線3與曲線I電流峰差值是曲線2與曲線I電流峰差值的2倍。并且曲線3時電解槽中水合肼的濃度(0.1 mM)是曲線2時電解槽中水合肼的濃度(0.05 mM)的2倍，說明響應電流與肼濃度呈線性關系。
[0016]為了驗證電流響應是由三維氧化鋅納米條結構引起而非鋅片的直接作用，本發明提供了對比實驗。即將潔凈的未生長氧化鋅的鋅片，且規格相同的鋅片作為工作電極檢測肼，結果發現在加了50yL濃度為0.01 M水合肼(圖3中曲線2)和加了 100 yL濃度為0.01M水合肼(圖3中曲線3)，在電勢0.6 V處電流響應較小，與未加肼(圖3中曲線I)的循環伏安去曲線幾乎重合。這充分證明本發明提供的電極對水合肼有電化學響應。
[0017]為進一步研究本發明的電化學性質，還做了電極的時間-電流曲線圖(圖4)。即每隔50秒，加入相同或不同濃度的肼，每加一次都會產生一個臺階，直到不再產生臺階為止。測得本發明實施例1制備的電極對肼響應時間平均小于3秒，檢測限為0.ΙμΜ，線性范圍是
0.05-1050 mM，表明該電極可以作為肼的電化學傳感器。
[0018]實施例2
一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法，包括以下步驟:
a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗20min；
b、將20mL無水乙醇和0.4 mL 10 mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60 mL反應釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在40 °C下反應4小時，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結構。
[0019]一種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結構的鋅片制備。
[0020]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結構的電極制備。
[0021]實施例3
一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法，包括以下步驟:
a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗15min；
b、將20mL無水乙醇和0.8 mL 12 mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60 mL反應釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在90 °C下反應5小時，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結構。
[0022]一種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結構的鋅片制備。
[0023]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結構的鋅片的電極制備。
[0024]實施例4
一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法，包括以下步驟:
a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗10min；
b、將20mL無水乙醇和0.2 mL 8 mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60 mL反應釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在50 °C下反應7小時，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結構。
[0025]一種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結構的鋅片制備。
[0026]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結構的鋅片的電極制備。
[0027]實施例5
一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法，包括以下步驟: a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗15min；
b、將20mL無水乙醇和0.2 mL 11 mol/L的濃鹽酸混合均勻后加入60 mL反應釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，擰緊釜蓋，在100 °(:下反應8小時，取出反應釜自然冷卻至室溫，依次用乙醇、二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結構。
[0028]一種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結構的鋅片制備。
[0029]一種電化學傳感器，使用包含三維氧化鋅納米條結構的鋅片的電極制備。
【主權項】
1.一種三維氧化鋅納米條結構的制備方法，包括以下步驟: a、將鋅片依次放入乙醇、水中進行超聲清洗； b、將無水乙醇和濃鹽酸混合均勻后加入反應釜中，將處理過的鋅片浸入混合液中，將反應釜密閉，在40 0C-1OO °C下反應4-8小時，冷卻至室溫，清洗，室溫干燥，即制得三維氧化鋅納米條結構。2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟a中超聲清洗時間為10-20min。3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟b中無水乙醇和濃鹽酸的體積比為20-200:1。4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟b中濃鹽酸濃度多8mol/Lo5.—種電化學傳感器電極，使用包含三維氧化鋅納米條結構的鋅片制備。6.一種電化學傳感器，使用包含維氧化鋅納米條結構的鋅片的電極制備。
【文檔編號】G01N27/30GK106086839SQ201610437570
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月18日
【發明人】徐天林
【申請人】合肥松雷信息科技有限公司