一種啞鈴型ZnO微米環氣敏材料的制備方法
【專利摘要】本發明屬于納米氣敏材料制備技術領域，涉及一種啞鈴型ZnO微米環氣敏材料的制備方法，以Zn(NO3)2·6H2O和六次甲基四胺為反應原料，以水為溶劑，利用水熱合成技術制備ZnO啞鈴型棒狀結構，室溫靜置后自發腐蝕得到啞鈴型微米環氣敏材料，制備工藝簡單，反應條件溫和，生產成本低，易于批量生產，制備的產品純度高，結晶性好，比表面大，在氣體傳感器和光催化等方面具有潛在用途。
【專利說明】
一種啞鈴型ZnO微米環氣敏材料的制備方法
技術領域
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[0001]本發明屬于納米氣敏材料制備技術領域，涉及一種ZnO微米環狀結構的制備方法， 特別是一種啞鈴型ZnO微米環氣敏材料的制備方法。【背景技術】:
[0002]氧化鋅(ZnO)是一種重要的寬帶隙金屬氧化物半導體材料，室溫下禁帶寬度約為 3.37eV，具有制備簡單、物理化學性能穩定等優點，可以應用于光催化、太陽能電池材料、發光材料、壓電材料、光探測器、氣體傳感器等研究領域。ZnO微納米結構的制備近年來取得了巨大的發展，其制備方法主要有物理氣相沉積和液相化學法。目前已經報道的ZnO微納米結構主要包括一維的線/棒/管狀結構和二維的納米片/納米盤結構，而ZnO微納米環狀結構的報道較少。
[0003]目前，ZnO微納米環狀結構材料的制備方法主要是高溫氣相反應或者液相法，例如，文獻“X.Y.Kong，Y.Ding，R.Yang，Z.L.Wang,Science 2004,303,1348-1351”較早報道了利用ZnO和Li2C〇3為反應物在 1400°C 下制備ZnO納米環；“Ramin Yousefi，CrystEngComm, 2015，17，2698-2704”報道了在1100 °C利用ZnO為原料，Au為催化劑在Si片上生長ZnO納米環的方法；“X.Wu，F.Qu，X.Zhang.W.Cai，G.Shen，JournalofAlloysandCompounds 2009， 486，L13-L16”報道了利用熱蒸發方法，以ZnS和活性碳為原料在900°C生成ZnO納米環；顯而易見，高溫氣相方法反應條件苛刻，不利于大規模制備。液相法則因為反應條件比較溫和， 制備過程相對簡單，容易操作而更具有意義，例如文獻“Y.Peng，L.Bao，Frontiers of Chemistry in China ,2008，3,458-463” 報道了利用UH12N4和Zn(N03)2為原料，poly (已。^1&1111(16-(3〇-(11&1171(1;[11161:1171&1111]1〇11；[11111(3111〇1'1(16)為表面活性劑，在75°〇反應511得到了ZnO納米環結構；“J.Wu，D.Xue，Materials Research 13111161:;[11，2010,45,295-299”報道了利用Zn(CH3COO)2為原料，醇水混合溶劑，以金屬Zn片為模板制備ZnO納米環。但是，上述方法使用了表面活性劑或者金屬模板，提高了生產成本。此外，文獻中目前還未見關于啞鈴型 ZnO微米環狀結構的報道。
【發明內容】
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[0004]本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種利用液相法合成技術制備啞鈴型ZnO微米環氣敏材料的方法，該方法不使用任何表面活性劑，反應溫度較低，適合大規模的制備半導體ZnO環狀結構，制備的材料氣敏性能好。
[0005]為了實現上述發明目的，本發明以Zn(N03)2.6H20和六次甲基四胺(HMT)為反應原料，以水為溶劑，利用水熱合成技術制備ZnO啞鈴型棒狀結構，室溫靜置后自發腐蝕得到啞鈴型微米環氣敏材料，具體包括以下步驟:
[0006](1)分別配制濃度為0.05M的六次甲基四胺(HMT)溶液和濃度為0.05M的Zn (N〇3) 2溶液；
[0007](2)將步驟(1)配制的六次甲基四胺(HMT)溶液20mL和20mL Zn(N03)2溶液20mL混合后裝入50mL聚四氟乙烯水熱反應釜，在90°C保溫反應3-5h后冷卻得到白色懸濁液；
[0008](3)將步驟(2)得到的白色懸濁液在室溫下放置24-96h，依次用去離子水和乙醇在 4000rpm條件下離心洗滌后得到白色樣品；
[0009](4)將步驟(3)得到白色樣品在60 °C干燥12h，制備得到啞鈴型ZnO微米環氣敏材料。
[0010]本發明與現有技術相比，制備工藝簡單，反應條件溫和，生產成本低，易于批量生產，制備的產品純度高，結晶性好，比表面大，在氣體傳感器和光催化等方面具有潛在用途。【附圖說明】:[〇〇11]圖1為本發明實施例1制備的啞鈴型ZnO微米環氣敏材料XRD譜圖。[〇〇12]圖2為本發明實施例1制備的啞鈴型ZnO微米環氣敏材料掃描電鏡照片。[〇〇13]圖3為本發明實施例2制備的啞鈴型ZnO微米環氣敏材料掃描電鏡照片。[〇〇14]圖4為本發明實施例2制備的啞鈴型ZnO微米環氣敏材料在300°C對50ppm乙醇的響應-恢復曲線。
[0015]圖5為本發明實施例2制備的啞鈴型ZnO微米環氣敏材料在300°C對200ppm乙醇的響應-恢復曲線。
[0016]圖6為本發明實施例3制備的啞鈴型ZnO微米環氣敏材料掃描電鏡照片。【具體實施方式】:
[0017]下面通過具體實施例并結合附圖做進一步說明。
[0018]實施例1:[0〇19]本實施例將20mL濃度為0.05M的HMT溶液和20mL濃度為0.05M的Zn(N〇3)2溶液混合裝入50mL聚四氟乙烯水熱反應釜，在90°C保溫反應3h，經冷卻后得到白色懸濁液;將得到的白色懸濁液在室溫下放置24h，依次用去離子水和乙醇在4000rpm條件下離心洗滌后得到白色樣品，最后將白色樣品在60°C干燥12h，即得啞鈴型ZnO微米環氣敏材料。
[0020]本實施例對產物啞鈴型ZnO微米環氣敏材料進行XRD表征，如圖1所示，產物具有良好的結晶型，為六方纖鋅礦結構。
[0021]本實施例對產物啞鈴型ZnO微米環氣敏材料進行SEM表征，如圖2所示，產物具有中空結構，管壁相對較厚。[〇〇22] 實施例2:[〇〇23]本實施例將20mL濃度為0.05M的HMT溶液和20mL濃度為0.05M的Zn(N03)2溶液混合裝入50mL聚四氟乙烯水熱反應釜，在90°C保溫反應3h，經冷卻后得到白色懸濁液;將得到的白色懸濁液在室溫下放置72h，依次用去離子水和乙醇在4000rpm條件下離心洗滌后得到白色樣品，最后將白色樣品在60°C干燥12h，即得啞鈴型ZnO微米環氣敏材料。[〇〇24]本實施例對產物啞鈴型ZnO微米環氣敏材料進行SEM表征，如圖3所示，產物具有中空結構，管壁相對較薄。[〇〇25]本實施例對產物啞鈴型ZnO微米環氣敏材料進行氣敏性測試，如圖4所示，對50ppm乙醇具有較快的響應和恢復特性。[〇〇26]本實施例對產物啞鈴型Zn0微米環氣敏材料進行氣敏性測試，如圖5所示，對200ppm乙醇具有更快的響應和恢復特性。[〇〇27]實施例3:
[0028]本實施例將20mL濃度為0.05M的HMT溶液和20mL濃度為0.05M的Zn(N03)2溶液混合裝入50mL聚四氟乙烯水熱反應釜，在90°C保溫反應5h，經冷卻后得到白色懸濁液;將得到的白色懸濁液在室溫下放置96h，依次用去離子水和乙醇在4000rpm條件下離心洗滌后得到白色樣品，最后將白色樣品在60°C干燥12h，即得啞鈴型ZnO微米環氣敏材料。[〇〇29]本實施例對產物啞鈴型ZnO微米環氣敏材料進行SEM表征，如圖6所示，產物具有中空結構，管壁相對較厚。
【主權項】
1.一種啞鈴型ZnO微米環氣敏材料的制備方法，其特征在于以Zn(N03)2 ? 6H20和六次甲 基四胺為反應原料，以水為溶劑，利用水熱合成技術制備ZnO啞鈴型棒狀結構，室溫靜置后 自發腐蝕得到啞鈴型微米環氣敏材料，具體包括以下步驟:(1)分別配制濃度為0.05M的六次甲基四胺溶液和濃度為0.05M的Zn(N03)2溶液；(2)將步驟(1)配制的六次甲基四胺溶液20mL和20mLZn (N03) 2溶液20mL混合后裝入50mL 聚四氟乙烯水熱反應釜，在90°C保溫反應3-5h后冷卻得到白色懸濁液；(3)將步驟(2)得到的白色懸濁液在室溫下放置24-96h，依次用去離子水和乙醇在 4000rpm條件下離心洗滌后得到白色樣品；(4)將步驟(3)得到白色樣品在60°C干燥12h，制備得到啞鈴型ZnO微米環氣敏材料。
【文檔編號】C01G9/02GK106006706SQ201610334508
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發明人】張軍, 劉相紅
【申請人】青島大學