一种制备一维纳米氧化锌的方法

1.一种制备一维纳米氧化锌的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）配制浓度为0.5M锌盐水溶液，浓度为4M的氢氧化钠水溶液；
（2）配制PN混合溶液；所述PN混合溶液中，萃取剂2-乙基己基膦酸-单-2-乙基己基酯和伯胺N1923的摩尔比为1-3：1；
（3）配制PN和庚烷的混合溶液，PN的质量分数为16%；
（4）将PN-庚烷溶液与0.5M的锌盐溶液混合，PN-庚烷溶液与锌盐溶液的体积比为：
4:1-4:3，于室温下搅拌使之充分混合；
（5）量取 4M的NaOH水溶液，缓慢滴加到混合溶液中，锌盐溶液与NaOH溶液的体积比为2:1，室温搅拌；
（6）待反应完毕后，离心分离，过滤，用乙醇、蒸馏水洗涤，置于烘箱中干燥，获得白色的ZnO粉体；所述干燥指置于烘箱中60℃干燥6h。
2.如权利要求1所述的一种制备一维纳米氧化锌的方法，其特征在于：所述锌盐，选用六水合硝酸锌。
3.如权利要求1所述的一种制备一维纳米氧化锌的方法，其特征在于：所述步骤5中的室温搅拌的速度为600~800转/分钟，搅拌时间为2h。
4.如权利要求1所述的一种制备一维纳米氧化锌的方法，其特征在于：所述离心分离后获得的上层清液PN和庚烷的混合溶液纯化处理，回收再利用。
5.如权利要求1所述的一种制备一维纳米氧化锌的方法，其特征在于：所述一维纳米氧化锌的长径比为2-20。

一种制备一维纳米氧化锌的方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及纳米氧化锌，具体地说，涉及的是一种纳米氧化锌的液相制备方法。\n背景技术\n[0002] 一维纳米ZnO结构因其特殊的量子尺寸效应、界面效应和量子限制效应，在磁、光、力等方面具备了薄膜材料所不具备的许多优异性能，各种一维纳米ZnO结构的制备和性能研究已成为当今材料领域研究的热点；与其它半导体纳米材料相比，氧化锌的一维纳米结构易于合成，且提供的表面形态较多，更由于它较大的直接宽带隙(3.37eV)和优良的压电性、热电性，其更适宜应用于室温紫外发光、激光材料和光电子器件，对新型传感器、存储器件和场效应晶体管等的开发具有潜在的研究价值，目前国内外均投入了相当大的力量进行一维ZnO纳米结构的研制工作。\n[0003] 一维ZnO纳米结构主要包括纳米带、纳米线、纳米棒和纳米管等，目前制备ZnO纳米结构的方法众多，包括气相法与液相法，如热蒸发法、物理气相沉积法（PVD）、金属有机化学气相沉积法（MOCVD)、模板法和水热法等；气相法虽然制得的产品品质高，但设备昂贵，制作成本高，而且实验条件要求苛刻，与气相法相比，液相法具有工艺简单、操作简便、对设备要求低、容易批量生产等优点，而且合成出的纳米微粒表面活性好、产物组成精确可控，更具有工业化前景。\n[0004] 反胶团萃取法主要是利用微乳液体系通过萃取剂与被萃物之间的静电作用进行萃取，使化学反应在油相包裹的“水池”中进行，以获得分散性好，形貌规则的纳米材料；本发明以2-乙基己基膦酸-单-2-乙基己基酯(PC-88A) 和伯胺N1923为萃取剂，庚烷为有机溶剂，采用反胶团微乳液萃取体系制备ZnO一维纳米材料；基于萃取剂的界面性质和萃取体系的界面现象，萃取有机相中存在多种纳米级分子聚集体，可以利用萃取体系的特殊聚集现象来制备不同表面性能的纳米材料以满足实际应用需要，杨传芳等(Yang C.E et al. J.Mater.Sci.Technol., 11, 217(1995))在详细研究TBP-煤油/HCl-ZrOCl2和TBP-煤油/HNO3-ZrO(NO3)2体系基础上成功制备了超细ZrO2粒子，从萃取体系中直接制备纳米粒子它不但提高了金属的负载量，同时萃取过程本身对金属离子进行了纯化，而且萃取剂和有机溶剂在试验过程中不易流失，易于回收，可重复利用，为从实验室研究转化到工业成果提供了一条很好的“分离—制备一应用”一体化的思路。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的之一是提供单分散一维纳米氧化锌颗粒，得到的一维纳米氧化锌颗粒分散性好，长径比较大。\n[0006] 本发明的另一目的是针对现有技术中存在的缺陷与不足，提出一种一维纳米氧化锌的制备方法，无需煅烧，用萃取法直接制备单分散的一维纳米氧化锌，本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：\n[0007] 第一步，配制浓度为0.5M锌盐水溶液，浓度为4M的氢氧化钠水溶液。\n[0008] 所述锌盐，选用六水合硝酸锌。\n[0009] 第二步，配制PN混合溶液。\n[0010] 所述PN混合溶液中，萃取剂PC-88A和N1923的摩尔比为1-3：1。\n[0011] 第三步，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的质量分数为16%。\n[0012] 第四步，将PN-庚烷溶液与0.5M的锌盐溶液混合，PN-庚烷溶液与锌盐溶液的体积比为：4:1-4:3，于室温下搅拌使之充分混合。\n[0013] 第五步，量取 4M的NaOH水溶液，缓慢滴加到混合溶液中，锌盐溶液与NaOH溶液的体积比为2:1, 同时搅拌速度调至600~800转/分钟，室温持续搅拌2小时。\n[0014] 第六步，待反应完毕后，离心分离，过滤，用乙醇、蒸馏水洗涤，置于烘箱中干燥，获得白色的ZnO粉体。\n[0015] 第七步，将离心分离后获得的上层清液PN和庚烷的混合溶液纯化处理，回收再利用。\n[0016] 常规的微乳液体系中，采用的表面活性剂和有机物难以回收再利用，而且要得到单分散的一维纳米ZnO粉体需要高温高压的实验条件，本发明的有益效果在于：\n[0017] (1) PC-88A和N1923这两种萃取剂廉价易得，而且性质稳定，可通过离心分离后回收再利用，大大节约了成本；\n[0018] (2) 合成方法简单，条件温和，反应在室温下就可以进行，无需煅烧，不需要大型精密设备，可适用于大规模生产。\n附图说明\n[0019] 图1为本发明所得一维纳米氧化锌的XRD图：\n[0020] 从XRD图中可以看出，制备获得的ZnO为六方晶系纤锌矿结构，所有的衍射峰均与ZnO的标准图谱（PDF# 65-3411）相吻合，图中未出现Zn(NO3)2，Zn(OH)2 等其他的杂质峰，说明所得产品的纯度很高，窄而尖锐的衍射峰形表明产品的晶化质量很好。\n[0021] 图2为实施例1所得的针状纳米氧化锌的TEM图，分散性较好，长径比为13~15。\n[0022] 图3为实施例2所得的棒状纳米氧化锌的TEM图，形貌呈花瓣状，长径比为2~3。\n[0023] 图4为实施例3所得的棒状纳米氧化锌的TEM图，分散性很好，形状规则，长径比可达15~20。\n[0024] 图5为实施例4所得的棒状纳米氧化锌的TEM图，形貌呈短棒状，长径比为3~4。\n具体实施方式\n[0025] 实施例1\n[0026] 配制浓度为0.5M六水合硝酸锌水溶液，浓度为4M的NaOH 水溶液，萃取剂PC-88A和N1923的摩尔比为1:1，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的质量分数为16%，将40mLPN和庚烷的有机混合溶液与10mL锌盐水溶液混合，置于250mL圆底烧瓶中，室温搅拌0.5h；量取5mLNaOH溶液，缓慢滴加入混合溶液中，同时搅拌速度调至600转/分钟，室温持续搅拌\n2 h；待反应完毕后，离心分离，过滤，用乙醇、蒸馏水洗涤数遍，置于烘箱中60℃干燥6h得到氧化锌粉体，透射电子显微镜结果见图2。\n[0027] 实施例2\n[0028] 配制浓度为0.5M六水合硝酸锌水溶液，浓度为4M的NaOH 水溶液，萃取剂PC-88A和N1923的摩尔比为1:1，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的质量分数为16%，将40mLPN和庚烷的有机混合溶液与20mL锌盐水溶液混合，置于250mL圆底烧瓶中，室温搅拌0.5h；量取10mLNaOH溶液，缓慢滴加入混合溶液中，同时搅拌速度调至800转/分钟，室温持续搅拌\n2 h；待反应完毕后，离心分离，过滤，用乙醇、蒸馏水洗涤数遍，置于烘箱中60℃干燥6h得到氧化锌粉体，透射电子显微镜结果见图3。\n[0029] 实施例3\n[0030] 配制浓度为0.5M六水合硝酸锌水溶液，浓度为4M的NaOH 水溶液，萃取剂PC-88A和N1923的摩尔比为1:1，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的质量分数为16%，将40mLPN和庚烷的有机混合溶液与30mL锌盐水溶液混合，置于250mL圆底烧瓶中，室温搅拌0.5h；量取15mLNaOH溶液，缓慢滴加入混合溶液中，同时搅拌速度调至700转/分钟，室温持续搅拌\n2 h；待反应完毕后，离心分离，过滤，用乙醇、蒸馏水洗涤数遍，置于烘箱中60℃干燥6h得到氧化锌粉体，透射电子显微镜结果见图4。\n[0031] 实施例4\n[0032] 配制浓度为0.5M六水合硝酸锌水溶液，浓度为4M的NaOH 水溶液，萃取剂PC-88A和N1923的摩尔比为3:1，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的质量分数为16%，将40mLPN和庚烷的有机混合溶液与20mL锌盐水溶液混合，置于250mL圆底烧瓶中，室温搅拌0.5h；量取10mLNaOH溶液，缓慢滴加入混合溶液中，同时搅拌速度调至800转/分钟，室温持续搅拌\n2 h；待反应完毕后，离心分离，过滤，用乙醇、蒸馏水洗涤数遍，置于烘箱中60℃干燥6h得到氧化锌粉体，透射电子显微镜结果见图5。\n[0033] 实施例5\n[0034] 配制浓度为0.5M六水合硝酸锌水溶液，浓度为4M的NaOH 水溶液，萃取剂PC-88A和N1923的摩尔比为2:1，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的质量分数为16%，将40mLPN和庚烷的有机混合溶液与20mL锌盐水溶液混合，置于250mL圆底烧瓶中，室温搅拌0.5h；量取10mLNaOH溶液，缓慢滴加入混合溶液中，同时搅拌速度调至800转/分钟，室温持续搅拌\n2 h；待反应完毕后，离心分离，过滤，用乙醇、蒸馏水洗涤数遍，置于烘箱中60℃干燥6h得到氧化锌粉体，为棒状纳米氧化锌，长径比为5~8。\n[0035] 实施例6\n[0036] 配制浓度为0.5M六水合硝酸锌水溶液，浓度为4M的NaOH 水溶液，萃取剂PC-88A和N1923的摩尔比为2:1，配制PN和庚烷的混合溶液，PN的质量分数为16%，将40mLPN和庚烷的有机混合溶液与10mL锌盐水溶液混合，置于250mL圆底烧瓶中，室温搅拌0.5h；量取5mLNaOH溶液，缓慢滴加入混合溶液中，同时搅拌速度调至600转/分钟，室温持续搅拌\n2 h；待反应完毕后，离心分离，过滤，用乙醇、蒸馏水洗涤数遍，置于烘箱中60℃干燥6h得到氧化锌粉体，为棒状纳米氧化锌，长径比为9~12。