一種波紋狀ZnO納米棒及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種波紋狀ZnO納米棒及其制備方法，結(jié)合水熱合成技術(shù)和高溫選擇性刻蝕技術(shù)制備波紋狀ZnO納米棒。首先在反應(yīng)釜中合成六棱柱狀ZnO納米棒，離心清洗提純后取其粉末放入反應(yīng)爐中，在650～950℃之間保溫刻蝕5～30min，即可制得波紋狀ZnO納米棒。采用本發(fā)明提供的方法能夠快速、低成本、高產(chǎn)能的制備得到波紋狀ZnO納米棒，其側(cè)面被交替的(11?21)和(11?2?1)高指數(shù)晶面包裹，能夠穩(wěn)定的合成出ZnO高指數(shù)晶面并提高樣品比表面積，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通納米棒的表面改性，提高了材料的催化、氣敏性能，為后續(xù)基于低維ZnO納米結(jié)構(gòu)器件提供了新的思路。
【專利說明】
一種波紋狀ZnO納米棒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納米無機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種波紋狀ZnO納米棒及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅是一種應(yīng)用十分廣泛的寬禁帶半導(dǎo)體材料，其具有3.37eV帶隙寬度和60MeV的激子結(jié)合能，被廣泛應(yīng)用于塑料、娃酸鹽制品、合成橡膠、涂料、粘合劑、防曬劑以及強(qiáng)化劑等領(lǐng)域。不僅如此，納米氧化鋅在磁性材料、壓電材料以及氣體傳感材料方面也有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]納米氧化鋅的性能強(qiáng)烈依賴于其形貌和尺寸，即材料的暴露晶面和比表面積。波紋狀ZnO納米棒在提高了比表面積的同時(shí)也在其表面暴露出多樣的高指數(shù)晶面，因此相比于普通納米棒在催化領(lǐng)域擁有更廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。然而，現(xiàn)有的波紋狀ZnO納米棒合成方法還很不成熟，存在不能穩(wěn)定制備、難以精確控制的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種波紋狀ZnO納米棒及其制備方法，結(jié)合水熱合成技術(shù)和高溫選擇性刻蝕技術(shù)合成波紋狀ZnO納米棒，解決了現(xiàn)有技術(shù)不能可控合成波紋狀ZnO納米棒的問題。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種波紋狀ZnO納米棒的制備方法，以乙酸鋅和六次亞甲基四氨為前驅(qū)體，在反應(yīng)釜內(nèi)水熱合成六棱柱狀的ZnO納米棒，反應(yīng)完成后，將獲得的沉淀物經(jīng)清洗干燥后，采用高溫選擇性刻蝕技術(shù)對(duì)其表面改性處理，最終獲得波紋狀ZnO納米棒，其中，所述高溫選擇性刻蝕的溫度為650?950°C。
[0007]所述的水熱合成反應(yīng)的溫度為90?95°C。
[0008]高溫選擇性刻蝕時(shí)，以25°C/min的加熱速率加熱至650?950°C。
[0009]高溫選擇性刻蝕是在真空氣氛爐內(nèi)進(jìn)行，且向其內(nèi)通有還原性氣體。
[0010]所述還原性氣體為氫氣、氨氣或一氧化碳?xì)怏w。
[0011 ] 所述還原性氣體的流量為5?20sccm。
[0012]高溫選擇性刻蝕的時(shí)間為5?30分鐘。
[0013]所述的乙酸鋅和六次亞甲基四氨的物質(zhì)的量濃度之比為1:1。
[0014]一種波紋狀ZnO納米棒，該波紋狀ZnO納米棒的側(cè)表面被交替存在(I 1-21)和(11-2-1)高指數(shù)晶面覆蓋，形成明顯的波紋狀納米棒結(jié)構(gòu)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明結(jié)合水熱合成技術(shù)和高溫選擇性刻蝕技術(shù)合成波紋狀ZnO納米棒，能夠快速低成本、高產(chǎn)能的將六棱柱狀ZnO納米棒選擇性刻蝕為波紋狀ZnO納米棒，且制得的波紋狀ZnO納米棒側(cè)表面被交替的(11-21)和(I 1_2_1)高指數(shù)晶面覆蓋，形成顯著的波紋狀周期性結(jié)構(gòu)。不僅實(shí)現(xiàn)了特殊高指數(shù)晶面的合成，還大大提高了樣品的比表面積，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通納米棒的表面改性，提高了材料的催化、氣敏性能，為后續(xù)基于低維ZnO納米結(jié)構(gòu)器件的制備提供了新的思路。
【附圖說明】
[0016]圖1是利用本發(fā)明方法制備出的波紋狀ZnO納米棒的SEM圖；
[0017]圖2是利用本發(fā)明方法制備出的單根波紋狀ZnO納米棒的TEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]實(shí)施例1
[0020]稱取乙酸鋅塊0.54g，六次亞甲基四氨0.37g，倒入10mL去離子水中，攪拌均勻，獲得前驅(qū)體溶液;然后將前驅(qū)體溶液倒入反應(yīng)釜中并在干燥箱中加熱至90°C，保持6h后冷卻至室溫，將所得液體離心后取其沉淀，先后用去離子水、乙醇、丙酮清洗并干燥，即可得到六棱柱狀ZnO納米棒粉末樣品；取部分六棱柱狀ZnO納米棒粉末樣品在管式爐中以25°C/min的加熱速率加熱至650°C，通入5sccm氫氣(純度為99.999%)氣氛中，保持3011^11，取樣品即可制得波紋狀ZnO納米棒。
[0021]實(shí)施例2
[0022]稱取乙酸鋅塊0.27g，六次亞甲基四氨0.175g，倒入50mL去離子水中，攪拌均勻，獲得前驅(qū)體溶液;然后將前驅(qū)體溶液倒入反應(yīng)釜中并在干燥箱中加熱至95°C，保持6h后冷卻至室溫，將所得液體離心后取其沉淀，先后用去離子水、乙醇、丙酮清洗并干燥，即可得到六棱柱狀ZnO納米棒粉末樣品；取部分六棱柱狀ZnO納米棒粉末樣品在管式爐中以25°C/min的加熱速率加熱至900°C，通入1sccm氨氣(純度為99.999%)氣氛中，保持lOmin，取出樣品即可制得波紋狀ZnO納米棒。
[0023]實(shí)施例3
[0024]稱取乙酸鋅塊0.54g，六次亞甲基四氨0.37g，倒入10mL去離子水中，攪拌均勻，獲得前驅(qū)體溶液;然后將前驅(qū)體溶液倒入反應(yīng)釜中并在干燥箱中加熱至90°C，保持Sh后冷卻至室溫，將所得液體離心后取其沉淀，先后用去離子水、乙醇、丙酮清洗并干燥，即可得到六棱柱狀ZnO納米棒粉末樣品；取部分六棱柱狀ZnO納米棒粉末樣品在管式爐中以25°C/min的加熱速率加熱至700°C，通入20sccm氫氣(純度為99.999%)氣氛中，保持511^11，取出樣品即可制得波紋狀ZnO納米棒。
[0025]實(shí)施例4
[0026]稱取乙酸鋅塊0.27g，六次亞甲基四氨0.175g，倒入50mL去離子水中，攪拌均勻，獲得前驅(qū)體溶液;然后將前驅(qū)體溶液倒入反應(yīng)釜中并在干燥箱中加熱至95°C，保持6h后冷卻至室溫，將所得液體離心后取其沉淀，先后用去離子水、乙醇、丙酮清洗并干燥，即可得到六棱柱狀ZnO納米棒粉末樣品；取部分六棱柱狀ZnO納米棒粉末樣品在管式爐中以25°C/min的加熱速率加熱至950°C，通入1sccm—氧化碳(純度為99.999%)氣氛中，保持15min，取出樣品即可制得波紋狀ZnO納米棒。
[0027]實(shí)施例5
[0028]稱取乙酸鋅塊0.54g，六次亞甲基四氨0.37g，倒入10mL去離子水中，攪拌均勻，獲得前驅(qū)體溶液;然后將前驅(qū)體溶液倒入反應(yīng)釜中并在干燥箱中加熱至95°C，保持6h后冷卻至室溫，將所得液體離心后取其沉淀，先后用去離子水、乙醇、丙酮清洗并干燥，即可得到六棱柱狀ZnO納米棒粉末樣品；取部分六棱柱狀ZnO納米棒粉末樣品在管式爐中以25°C/min的加熱速率加熱至800°C，通入1sccm氫氣(純度為99.999%)氣氛中，保持15min，取出樣品即可制得波紋狀ZnO納米棒。
[0029]利用本發(fā)明提供的波紋狀ZnO納米棒的制備方法，制備出波紋狀ZnO納米棒結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，從圖中可以看出，該納米棒直徑在100?500nm范圍內(nèi)，長(zhǎng)度在I?5μπι，其最顯著特征是高溫選擇性刻蝕之后原有的六棱柱狀納米棒6個(gè)側(cè)面被交替存在(11-21)和(11-2-1)高指數(shù)晶面覆蓋，形成明顯的波紋狀納米棒結(jié)構(gòu)。
[0030]采用本發(fā)明提供的方法能夠快速、低成本、高產(chǎn)能的制備得到波紋狀ZnO納米棒，穩(wěn)定的合成出ZnO高指數(shù)晶面，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通納米棒的表面改性，提高了材料的催化、氣敏性能，為后續(xù)基于低維ZnO納米結(jié)構(gòu)器件提供了新的思路。
[0031]以上所述僅是本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明不僅限于此，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種波紋狀ZnO納米棒的制備方法，其特征在于:以乙酸鋅和六次亞甲基四氨為前驅(qū)體，在反應(yīng)釜內(nèi)水熱合成六棱柱狀的ZnO納米棒，反應(yīng)完成后，將獲得的沉淀物經(jīng)清洗干燥后，采用高溫選擇性刻蝕技術(shù)對(duì)其進(jìn)行反應(yīng)，最終獲得波紋狀ZnO納米棒，其中，所述高溫選擇性刻蝕的溫度為650°C?950°C。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋狀ZnO納米棒的制備方法，其特征在于:所述的水熱合成反應(yīng)的溫度為90?95°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋狀ZnO納米棒的制備方法，其特征在于:高溫選擇性刻蝕時(shí)，以25°C/min的加熱速率加熱至650?950°C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋狀ZnO納米棒的制備方法，其特征在于:高溫選擇性刻蝕是在真空氣氛爐內(nèi)進(jìn)行，且向其內(nèi)通有還原性氣體。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種波紋狀ZnO納米棒的制備方法，其特征在于:所述還原性氣體為氫氣、氨氣或一氧化碳?xì)怏w。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種波紋狀ZnO納米棒的制備方法，其特征在于:所述還原性氣體的流量為5?20sccm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋狀ZnO納米棒的制備方法，其特征在于:高溫選擇性刻蝕的時(shí)間為5?30分鐘。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋狀ZnO納米棒的制備方法，其特征在于:所述的乙酸鋅和六次亞甲基四氨的物質(zhì)的量濃度之比為1:1。9.一種波紋狀ZnO納米棒，其特征在于:該波紋狀ZnO納米棒的側(cè)表面被交替存在(11-21)和(11-2-1)高指數(shù)晶面覆蓋，形成明顯的波紋狀納米棒結(jié)構(gòu)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種波紋狀ZnO納米棒，其特征在于:該波紋狀ZnO納米棒的直徑為100?500nm，長(zhǎng)度在I?5μηι0
【文檔編號(hào)】C01G9/02GK105948101SQ201610257101
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】伍葉龍, 裴東澤, 陳光德, 段向陽, 郭路安, 耶紅剛, 竹有章
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)