一種長度可控的納米氧化鋅及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于化學合成領域，具體涉及一種長度可控的納米氧化鋅及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 目前，公知的納米氧化鋅合成途徑都需要添加表面活性劑，利用表面活性劑控制 納米氧化鋅的粒徑或輔助氧化鋅的生長。但是，對于催化化學和界面化學而言，不同表面活 性劑的加入不僅引入了新的不確定因素，還往往會明顯直接降低催化活性。這樣不僅給催 化研究造成困難，還容易造成對催化劑效果的錯誤判斷。
[0003] 不同氧化鋅的形貌不同，其性質大不相同，但是同一種方法合成的氧化鋅所謂多 種形貌的氧化鋅的混合物，合成的納米氧化鋅的長度也不能精確控制。
【發明內容】
[0004] 為了克服現有的納米氧化鋅材料在催化及研究中無法得到潔凈晶體表面的不足， 本發明提供一種合成途徑，該途徑不僅能得到表面潔凈的納米氧化鋅材料，而且能通過對 溶劑的選擇實現納米氧化鋅形貌的調控。
[0005] 為克服現有技術的不足，本發明提供一種長度可控的納米氧化鋅及其制備方法， 本發明的目的通過以下技術方案實現： 一種長度可控的納米氧化鋅的制備方法，包括如下步驟： (1) 將無機鋅鹽和無機堿分別溶解在醇類溶劑中，形成濃度為〇. 2-0. 5mol/L的無機鋅 鹽的醇溶液與濃度為〇. 35-2mol/L的無機堿的醇溶液，在攪拌條件下，將兩者混合均勻，形 成混合物； (2) 將步驟（1)制備的混合物轉移至聚四氟乙烯自生壓力水熱釜中，在50-200°C下靜 置反應12-48小時后，冷卻、洗滌、烘干、灼燒，即得長度可控的納米氧化鋅。
[0006] 無機鋅鹽與無機堿的摩爾比為1 :2· 5-1:5 ; 所述無機鋅鹽為醋酸鋅或硝酸鋅。
[0007] 所述無機堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0008] 所述醇類溶劑為甲醇或乙醇溶劑。
[0009] 所述灼燒的條件為：溫度：250-450°C，時間：1_4小時。
[0010] 一種采用上述方法制備的長度可控的納米氧化鋅。
[0011] 采用本發明的方法制備的氧化鋅材料表面潔凈、晶格規整，且長度可控，可用于表 面吸附實驗。本發明獲得一種既可用于表面化學的研究又可用于金屬-半導體催化劑模型 體系研究的納米氧化鋅材料。
[0012] 本發明提供的制備方法通過溶劑的極性，而非表面活性劑來控制氧化鋅的形貌； 由于氧化鋅是一種在[002]方向上有極性的晶體，因此在溶劑極性不同的條件下，通過溶 劑分子與納米氧化鋅的極性面相互作用，能抑制氧化鋅的極性方向上的生長速度，而非極 性方向的生長則不受溶劑的影響。在強極性的溶劑（甲醇）中，氧化鋅沿[002]方向上的生 長受到抑制，得到了長度較短的產品；而在弱極性溶劑（乙醇）中，氧化鋅受到的抑制較少， 能得到長度更長的產品。通過改變甲醇乙醇的比例，實現溶劑極性的調控，進而方便的得到 不同長度的納米氧化鋅棒，同時只要不改變反應時間及溫度就能控制納米氧化鋅棒的直徑 不變，實現了單一維度上納米氧化鋅材料生長的控制。
[0013] 在強堿性環境中合成，使鋅離子迅速反應沉淀，以得到納米粒子； 用自生壓力水熱法陳化所得納米粒子，使之生長成不同長短的納米棒狀氧化鋅材料。
[0014] 本發明制備的納米氧化鋅表面潔凈，無表面活性劑覆蓋，不影響催化活性及表面 行為的研究。
[0015] 本發明制備的納米氧化鋅與銅、氧化鋁混合后可用于CO2加氫合成甲醇的反應，對 比工業催化劑有明顯優勢。
[0016] 本發明的有益效果和優點為： 本發明獲得一種不含表面活性劑的納米氧化鋅材料，其直徑約為50nm，長度為 100-200nm，這樣的小尺寸是以往的非表面活性劑體系不具備的，由于納米效應的研究范圍 通常為Ι-lOOnm，本發明正適合于研究納米氧化鋅的納米效應，而表面效應的研究需要潔凈 平整的表面，因此表面活性劑體系得到的氧化鋅材料無法使用，而本發明由于具有潔凈表 面，因此可用于表面吸附行為的研究，材料本身可以用于催化劑的合成。同時溶劑體系的改 變可以得到直徑相近、不同長度的納米氧化鋅材料，即得到了極性晶面面積相近，而非極性 晶面面積可控的納米氧化鋅材料，對于晶面暴露比例的研究非常有利。
[0017][0018] 本發明制備的納米氧化鋅材料尺寸小，直徑50nm，長度100-200nm，符合納米材料 的研究范疇；在材料直徑不變的條件下實現了不同長度材料的合成。
[0019]
【附圖說明】： 圖1為實施例3中乙醇體系合成的長棒狀納米氧化鋅材料的放大40000倍的電鏡照 片； 圖2為實施例3中乙醇體系合成的長棒狀納米氧化鋅的放大300000倍的TEM電鏡照 片； 圖3為實施例3中乙醇體系合成的長棒狀納米氧化鋅的XRD ; 圖4為實施例4中甲醇體系合成的短棒狀納米氧化鋅材料的電鏡照片。
[0020]
【具體實施方式】： 以下結合實施例對本發明所涉及一種能在無表面活性劑體系中合成納米氧化鋅的方 法作進一步說明。
[0021] 實施例1 (1) 稱取I. 19g六水合硝酸鋅溶于20mL乙醇溶劑中，完全溶解得到無色透明溶液； 稱取0. 56g氫氧化鈉溶于40mL甲醇中，完全溶解得到無色透明溶液； 將兩種溶液在攪拌條件下直接混合，并維持攪拌10分鐘，得到白色濁液； (2) 將攪拌好的濁液轉移至IOOmL聚四氟乙烯自生壓力水熱釜中，放入馬弗爐在50°C 下靜置反應48小時； 將反應釜取出冷卻至室溫后棄去上清液，用甲醇洗滌底部白色沉淀1次，再用去離子 水分散洗滌白色沉淀3次； 烘干所得產物，轉至馬弗爐中在250°C下灼燒4小時，以穩定晶型。
[0022] 所得樣品直徑約為50nm的顆粒 實施例2 (1) 稱取I. 756g二水合醋酸鋅溶于20mL乙醇溶劑中，完全溶解得到無色透明溶液；