一種分級多孔結構ZnO納米材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于納米無機非金屬半導體材料制備技術領域，具體涉及一種分級多孔結 構ZnO納米材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 氧化鋅的帶隙寬度為3. 37eV，激子結合能為60meV，是一種應用十分廣泛的寬禁 帶半導體材料，目前廣泛應用于塑料，合成橡膠，硅酸鹽制品，涂料，防曬劑，粘合劑，催化 等領域。氧化鋅還在壓電材料，氣體傳感材料等方面也有著重要的應用價值。分級多孔ZnO 是指在多孔ZnO的孔壁上具有大量直徑更小、分布均勻的細小孔的一種特殊結構的多孔 ZnO材料。與普通多孔ZnO相比，它具有一般大孔ZnO的高通過性，同時還具有小孔ZnO的 高比表面積，因而在催化領域具有更特殊的應用。
[0003] -種ZnO二維多孔材料的制備方法（申請日為2012年3月2日、申請號為 201210052626. 8)的專利以硝酸鋅為氧化劑和鋅源兩者質量之比為1. 4-3. 5,甘氨酸為燃 料，通過溶液燃燒過程得到有機無機混合物，混合溶液的坩堝置于馬弗爐中于400-500°C加 熱，再經過熱處理去除有機物并促使無機物晶化，熱處理溫度為500°C，時間為5h，得到結 晶良好的ZnO二維多孔材料。所制備產品為粉體，故應用較為局限。
[0004] 一種多孔納米ZnO的制備方法（申請日為2011年12月日，申請號為 201110394458. 6)的專利公布了一種多孔納米ZnO的制備方法，該方法按照鋅鹽、堿、 可升華的化合物模板、胺類螯合劑和去離子水的質量百分比為（0.001% -85% ): (0.00001% -80% ) :(0.001% -65% ) :(0.001% -80) :(0.001% -95% )的比例，取去離 子水總量的一半，加入鋅鹽攪拌溶解得到鋅鹽的水溶液，在鋅鹽的水溶液中加入堿攪拌反 應0. lh-20h，超聲分散0. lh-20h ;氫氧化鋅凝膠經蒸餾水洗滌、超聲分散和離心分離等處 理過程，得到濕的氫氧化鋅產物，再加入可升華的化合物模板、胺類螯合劑和去離子水，經 超聲處理使氫氧化鋅凝膠溶解制得溶液，再經減壓蒸餾脫除溶劑和揮發性組分、干燥、焙燒 和研磨等工序得到多孔納米ZnO粉末，焙燒溫度為150~450°C時間為0.1 h~20h。其制 備工藝復雜，形貌難以控制。
[0005] 片狀均勻多孔結構ZnO納米粉體及其制備方法和應用（申請日為2010年10月 29日，申請號為201010529994. 8)的專利公布了一種片狀均勻多孔結構的氧化鋅納米粉體 的制備方法：在恒溫水浴下將碳酸鈉溶液加入反應其中，再滴入硝酸鋅溶液對反應器施加 50KV的外加電場，80-90°C條件下水浴保溫2h ;所得混合液經分離，洗滌，干燥得到堿式碳 酸鋅前驅體，最后將前驅體在400~600°C下焙燒1. 5~3h得到多孔氧化鋅納米粉體。該 方法操作步驟復雜，成本較高。
[0006] 多孔洞花狀結構的ZnO納米單晶的制備及其應用（申請日為2011年10月12日， 申請號為201110307387. 1)的專利公開了一種多孔洞花狀結構的氧化鋅納米單晶的制備 方法：將鋅鹽溶解在200ml的無水甲醇中，全部溶解后加入尿素和苯甲醇配成乙醇-苯甲 醇-鋅鹽-尿素的混合液，連續攪拌Ih后，將混合液轉入到高壓釜中，用氬氣將高壓釜內的 空氣置換完全；然后向釜內充入IObar的氬氣并同時開始加熱，將混合物加熱到200°C保持 5h后繼續加熱到265°C，并在此溫度下維持I. 5h，排去蒸汽后自然冷卻至室溫，得到干燥的 灰色粉末即ZnO納米單晶前驅體；接著在500°C條件下煅燒6h，得到大量富含多孔洞花狀結 構的氧化鋅納米單晶催化劑。其反應復雜，成本較高。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種分級多孔結構ZnO納米材料的制備方法，提供一種工 藝簡單易操作、成本低廉并可適用于大規模工業生產的分級多孔結構ZnO納米材料的方 法。
[0008] 本發明所采用的技術方案是：一種分級多孔結構ZnO納米材料的制備方法，將純 Zn和純Al金屬進行熔煉后吸入造孔劑中吸鑄成型，經過清洗后放入腐蝕劑中進行去合金 自由腐蝕，最后再經過氧化燒結即制得分級多孔結構的ZnO納米材料。
[0009] 本發明的特點還在于，
[0010] 具體包括如下步驟：
[0011] 步驟一，造孔劑的制備：
[0012] 將氯化鈉置于坩堝中進行燒結，將燒結后的氯化鈉經過研磨后利用標準篩篩選后 作為造孔劑留用；
[0013] 步驟二，合金的熔煉
[0014] 將純Zn和純Al置于坩堝，在加熱爐中進行熔煉并攪拌混合均勻；
[0015] 步驟三，合金的吸鑄成型
[0016] 將步驟二中熔融狀態的合金熔液用真空泵吸入造孔劑中，直至合金凝固成型，取 出合金并切割成合金薄片；
[0017] 步驟四，合金薄片的浸泡洗滌
[0018] 將步驟三切割的合金薄片置于蒸餾水中進行浸泡洗滌，直至合金其中的氯化鈉去 除干凈為止；
[0019] 步驟五，合金薄片的去合金自由腐蝕處理
[0020] 將浸泡洗滌干凈的合金薄片置于NaOH溶液中進行去合金自由腐蝕處理，然后取 出放入蒸餾水中浸泡；
[0021] 步驟六，合金薄片的氧化處理
[0022] 將步驟五經過去合金自由腐蝕和浸泡處理后的合金薄片置于坩堝中，放入加熱爐 中進行氧化處理，冷卻后即得分級多孔結構的ZnO納米材料。
[0023] 步驟一中氯化鈉的燒結溫度為450 °C -550 °C。
[0024] 步驟二中純Al占純Al和純Zn總質量的質量百分比為30%-70%，熔煉溫度為 680°C _750°C。
[0025] 步驟三中合金薄片的厚度為3mm-5mm。
[0026] 步驟五中Al與NaOH溶液的摩爾質量為1:1-1. 2,去合金自由腐蝕時間為lh-5h。
[0027] 步驟六中氧化溫度為250°C _350°C，氧化時間為6h_10h。
[0028] 本發明的一種分級多孔結構ZnO納米材料的制備方法選用非貴金屬且為兩性金 屬的Zn和Al做為合金的兩相組成，兩種金屬的熔點都較低，熔煉難度小，成本低廉；氯化鈉 經燒結研磨分篩處理做為大孔的造孔劑，操作簡便成本低；在去合金自由腐蝕過程中選擇 NaOH溶液做為腐蝕劑，采用去合金自由腐蝕的方法制備出了具有分級多孔結構的ZnO納米 材料，制備出的材料大孔分布均勻，經SEM掃描電鏡觀察材料具有層片狀搭接的三維連通 孔結構，不含其它形貌，材料整體完整擁有一定的力學性能，且產品在空氣中穩定、不易變 性，在塑料、硅酸鹽制品、合成橡膠、涂料、粘合劑、防曬劑以及催化等領域具有很大的潛在 應用價值。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發明的一種分級多孔結構ZnO納米材料的制備方法制備的分級多孔結構 的ZnO納米材料的SEM圖；
[0030] 圖2是本發明的一種分級多孔結構ZnO納米材料的制備方法制備的分級多孔結構 的ZnO納米材料的SEM圖；
[0031] 圖3是本發明的一種分級多孔結構ZnO納米材料的制備方法制備的分級多孔結構 的ZnO納米材料的SEM圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0033] 實施例1
[0034] 本發明提供的一種具有分級多孔結構的ZnO納米材料的制備方法，具體操作步驟 如下：
[0035] 步驟一，造孔劑的制備
[0036] 大孔的造孔劑選用氯化鈉，將氯化鈉置于坩堝中進行燒結，將燒結后的氯化鈉用 研缽進行充分的研磨，并將經研磨的氯化鈉進行分篩取100-120目的備用；
[0037] 步驟二，合金的熔煉
[0038] 稱取40g工業純Al和60g工業純Zn，將配置好的原料置于坩堝用加熱爐加熱中 700°C進行合金的熔煉，不斷攪拌使熔融的合金混合均勻，并保持熔融狀態備用；
[0039] 步驟三，合金的吸鑄成型
[0040] 將步驟一得到的經處理的100-120目的氯化鈉置于玻璃管中，用真空泵進行吸鑄 成型，直至熔融的合金液不再上升為止，取出吸鑄成型的樣品進行淬火，淬火液選擇水，將 吸鑄成型的合金切割成厚度為5_的合金薄片備用；
[0041] 步驟四，合金薄片的浸泡洗滌
[0042] 將步驟三得到的合金薄片置于蒸餾水中進行浸泡洗滌，每隔30分鐘換一次水，取 出用蒸餾水浸泡Ih ;
[0043] 步驟五，合金薄片的去合金自由腐蝕處理
[0044] 稱量合金薄片的質量，再稱取工業純NaOH，配置成NaOH溶液，Al和NaOH溶液的摩 爾比控制在1:1，將合金薄片樣品置于配置好的NaOH溶液中進行去合金自由腐蝕處理4h， 最后將去合金自由腐蝕的合金薄片用蒸餾水浸泡Ih ;
[0045] 步驟六，合金薄片的氧化
[0046] 將步驟五得到的合金薄片放于坩堝中，連同坩堝一起放于加熱爐中350°C下進行 氧化處理6h，即制備得到具有分級多孔結構的ZnO納米材料。
[0047] 實施例2
[0048] 本發明提供的一種具有分級多孔結構的ZnO納米材料的制備方法，具體操作步驟 如下：
[0049] 步驟一，造孔劑的制備
[0050] 大孔的造孔劑選用氯化鈉，將氯化鈉置于坩堝中進行燒結，將燒結后的氯化鈉用 研缽進行充分的研磨，并將經研磨的氯化鈉進行分篩取< 100目的備用；
[0051] 步驟二，合金的熔煉
[0052] 稱取70g工業純Al和30g工業純Zn，將配置好的原料置于坩堝用加熱爐在700°C 加熱進行合金的熔煉，不斷攪拌使熔融的合金混合均勻，并保持熔融狀態備用；
[0053] 步驟三，合金的吸鑄成型
[0054] 將步驟一得到的經處理的< 100目的氯化鈉置于玻璃管中，用真空泵將熔融狀態 的合金液進行吸鑄成型，直至熔融的合金液不再上升為止，取出吸鑄成型的樣品進行淬火， 淬火液選擇水將吸鑄成型的合金切割成厚度為3mm的合金薄片備用；
[0055] 步驟四，合金薄片的浸泡洗滌
[0056] 將步驟三得到的合金薄片置于蒸餾水中進行浸泡洗滌，每隔30分鐘換一次水，直 至合金中的氯化鈉去除干凈為止；