一種餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的制備方法，它涉及氧化鋅材料的制備方法。它硝酸鋅和六亞甲基四胺，表面活性劑等都是常用原料，本發(fā)明采用水熱法合成，在硝酸鋅和六次甲基四胺水溶液中添加復(fù)合表面活性劑，反應(yīng)釜在80~100℃保溫反應(yīng)2~5小時，再洗滌干燥后，退火處理得到餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅。它解決了在染料敏化太陽能電池（DSSC）中納米晶既具有大的比表面積，又能夠縮短電子傳輸路徑的問題，有利于提高DSSC的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明生產(chǎn)成本低，制備方法簡單，對反應(yīng)設(shè)備要求低，反應(yīng)條件溫和，無環(huán)境污染，可大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】一種餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鋅材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]未摻雜的氧化鋅是一種具有直接帶隙的N型半導(dǎo)體材料，禁帶寬度3.37eV,理論處鋰量978 mAh/g，遠大于石墨的372mAh/g。氧化鋅材料價廉，無毒，與二氧化鈦具有相似的抗光腐蝕和光化學(xué)穩(wěn)定性，因此在光電，光催化，染料敏化納米晶太陽能電池，鋰離子電池等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。一般形貌的顆粒狀納米氧化鋅雖然具有較大的比表面積，但是電子從顆粒傳輸至電極的過程路徑較長，致使電子未到達電極就與空穴復(fù)合。在儲能材料中，如鋰離子電池中，大顆粒的氧化鋅不利于鋰離子的嵌入脫嵌，顆粒往往在充放電循環(huán)中因體積變化造成粉化等，不利于提高氧化鋅的充放電倍率和電極穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有一般形貌和尺寸的氧化鋅的不足，本發(fā)明提供了一種餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一、配制濃度為等摩爾比的硝酸鋅的六次甲基四胺(HMT)水溶液0.05、.2mol/L，在溶液中加入陽離子和非離子型表面活性劑復(fù)配的表面活性劑，二者摩爾比為2: f 1: 5，陽離子表面活性劑的摩爾濃度為0.0ri0mmol/L ;二、使用硝酸調(diào)節(jié)溶液PH值為5?7 ;三、將溶液置于反應(yīng)釜，反應(yīng)釜有聚四氟乙烯內(nèi)襯，在恒溫設(shè)備中保持8(noo°c，反應(yīng)進行2飛小時；四、在溶液加入反應(yīng)釜的同時可以放置需沉積氧化鋅的電極，使氧化鋅在電極上生長，也可以或不加電極，直接由沉淀的氧化鋅清洗干燥，直接得到粉體；五、將得到的長有氧化鋅的電極或粉體氧化鋅在15(T500°C的燒結(jié)爐中退火處理廣4小時，即得到具有特殊組裝形貌的餅狀納米氧化鋅的電極或粉體。
[0005]本發(fā)明制備的納米氧化鋅生長在一中心面上，在具有高比表面積的同時，電子在面上的傳遞大大縮短了傳輸路徑，有利于降低電子空穴復(fù)合率，提高光生電子的利用率。納米顆粒的高比表面積和空隙結(jié)構(gòu)有利于提高鋰離子電池的充放電倍率和電極穩(wěn)定性。另外本發(fā)明的氧化鋅具有比一般形貌的氧化鋅更低的電子功函數(shù)，在場發(fā)射中有利于降低場發(fā)射的閾值場強。本方法可直接生長在電極上，其附著力要比一般的涂布方法好得多。
[0006]本發(fā)明使用的硝酸鋅和六亞甲基四胺，表面活性劑等都是常用原料，生產(chǎn)成本低，對反應(yīng)設(shè)備要求低，反應(yīng)條件溫和，制備方法簡單，無環(huán)境污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為實施例1制備所得餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的X射線衍射圖。
[0008]圖2為實施例1制備所得餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的場發(fā)射掃描電鏡圖。
【具體實施方式】[0009]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0010]實施例1
一種餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的制備方法，并按以下方式進行:一、配制濃度為等摩爾比的硝酸鋅的六次甲基四胺(HMT)水溶液0.lmol/L，在溶液中加入溴烷銨和吐溫80復(fù)配的表面活性劑，二者摩爾比為1:1，溴烷銨的摩爾濃度為I mmol/L ;二、使用硝酸調(diào)節(jié)溶液pH值為6.5 ;三、將溶液置于反應(yīng)爸,反應(yīng)爸有聚四氟乙烯內(nèi)襯，在溶液加入反應(yīng)爸的同時加入鍍有ITO的玻璃電極(ΙΤ0即氧化銦錫，是一種透明導(dǎo)電薄膜)，使氧化鋅在電極上生長；四、將反應(yīng)釜在恒溫箱中保持96°C，反應(yīng)進行3小時；五、將得到的長有氧化鋅的電極在400°C的燒結(jié)爐中退火處理2小時，即得到具有特殊組裝形貌的餅狀納米氧化鋅的電極或粉體。
[0011]實施例2
一種餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的制備方法，并按以下步驟進行:一、配制濃度為等摩爾比的硝酸鋅的六次甲基四乙(HMT)水溶液0.05mol/L，在溶液中加入陽離子和非離子型表面活性劑復(fù)配的表面活性劑，二者摩爾比為2:1，陽離子表面活性劑的摩爾濃度為
0.0lmmol/L ;二、使用硝酸調(diào)節(jié)溶液pH值為5 ;三、將溶液置于反應(yīng)爸，反應(yīng)釜有聚四氟乙烯內(nèi)襯，在恒溫設(shè)備中保持80°C，反應(yīng)進行2小時；四、在溶液加入反應(yīng)釜的同時放置需沉積氧化鋅的ITO玻璃電極，使氧化鋅在電極上生長，清洗干燥得到粉體；五、將得到的長有氧化鋅的電極或粉體氧化鋅在150°C的燒結(jié)爐中退火處理I小時。
[0012]實施例3
本實施例與實施例1不同的是:步驟一中硝酸鋅和HMT的濃度為0.lmol/L ;步驟四中不加電極，直接由沉淀的氧化鋅清洗干燥，直接得到粉體。其他與實施例1相同。
[0013]實施例4
本實施例與實施例1不同的是:步驟一中硝酸鋅和HMT的濃度為0.2mol/L。其他與實施例I相同。
[0014]實施例5
本實施例與實施例1不同的是:步驟一中陽離子和非離子型表面活性劑復(fù)配的表面活性劑分別為溴烷銨和吐溫80，二者摩爾比為1:1，陽離子表面活性劑的摩爾濃度為lmmol/L0其他與實施例1相同。
[0015]實施例6
本實施例與實施例1不同的是:步驟一中溴烷銨和吐溫80，二者摩爾比為1:5，陽離子表面活性劑的摩爾濃度為lOmmol/L。其他與實施例1相同。
[0016]實施例7
本實施例與實施例1不同的是:步驟二中溶液PH值為7。其他與實施例1相同。
[0017]實施例8
本實施例與實施例1不同的是:步驟二中溶液PH值為6.5。其他與實施例1相同。
[0018]實施例9
本實施例與實施例1不同的是:步驟三中反應(yīng)溫度為90°C。其他與實施例1相同。
[0019]實施例10
本實施例與實施例1不同的是:步驟三中反應(yīng)溫度為100°c。其他與實施例1相同。I不同的是:步驟三中反應(yīng)時間為5小時。其他與實施例1相同。
I不同的是步驟四中不加入電極。其他與實施例1相同。
I不同的是:步驟四中加入硅片電極。其他與實施例1相同。
I不同的是:步驟五中退火溫度為300°c，使用的電極為銅電極。其
I不同的是:步驟五中退火溫度為500°C。其他與實施例1相同。 I不同的是:步驟五中退火時間為4小時。其他與實施例1相同。
[0020]實施例11
本實施例與實施?歹
[0021]實施例12本實施例與實施?歹
[0022]實施例13本實施例與實施?歹
[0023]實施例14本實施例與實施?歹
他與實施例1相同。
[0024]實施例15本實施例與實施?歹
[0025]實施例16本實施例與實施例
[0026]實施例17
本實施例與實施例1不同的是:步驟五中退火時間為2小時。其他與實施例1相同。
[0027]實施例1制備所得的餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的X射線衍射圖如圖1所示，從圖1可知制備的餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的特征峰與標準譜圖(JCPDS N0.36-1451)的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅一致，沒有其他的衍射峰，說明合成的氧化鋅具有很高的純度；實施例1所得納米氧化鋅材料的場發(fā)射掃描電鏡圖如圖2所示，從圖2可知制備的納米氧化鋅為具有特殊組裝形式的餅狀形貌，在一個中心面的兩側(cè)分別長有尺寸均一的納米桿狀氧化鋅，直徑在150nm左右，餅厚Iym左右。餅的側(cè)面長有更小尺寸的納米針狀氧化鋅。掃描開爾文探針測量實施例1所得納米氧化鋅材料的電子功函數(shù)圖，掃描了所制備樣品
0.1mmX0.1mm面積內(nèi)的區(qū)域，制備的氧化鋅的電子功函數(shù)(WF)相對值為_890±30meV (相對于金電極，其WF=5.1eV)。制備的納米氧化鋅的電子功函數(shù)比塊狀氧化鋅的理論電子功函數(shù)值5.2eV有明顯的大幅下降。這是由于尺寸減小后，表面原子增多，周圍原子的電場對表面原子電子的影響減小，使得電子更容易逸出。另外納米氧化鋅的針狀形貌具有避雷針效應(yīng)，也是電子功函數(shù)下降的原因之一。
[0028]本發(fā)明采用的原料為常用的硝酸鋅和六次甲基四乙胺，以及溴烷銨和吐溫80，水作為溶劑，反應(yīng)體系無毒無污染，成本低；反應(yīng)在96°C進行，經(jīng)退火燒結(jié)即得目標產(chǎn)物，反應(yīng)條件溫和，無特殊設(shè)備要求，操作簡單、安全，可進行大規(guī)模生產(chǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的制備方法，其特征在于按以下步驟進行:一、配制濃度為等摩爾比的硝酸鋅的六次甲基四胺水溶液0.05、.2mol/L，在溶液中加入陽離子和非離子型表面活性劑復(fù)配的表面活性劑，二者摩爾比為2: f 1: 5，陽離子表面活性劑的摩爾濃度為0.0ri0mmol/L ;二、使用硝酸或氫氧化鉀調(diào)節(jié)溶液pH值為5?7 ;三、將溶液置于反應(yīng)釜，反應(yīng)釜有聚四氟乙烯內(nèi)襯，在恒溫設(shè)備中保持8(Tl00°C，反應(yīng)進行2飛小時；四、在溶液加入反應(yīng)釜的同時在溶液中放置電極，使氧化鋅在電極上生長，或不加電極，直接由沉淀的氧化鋅清洗干燥，直接得到粉體；五、將得到的長有氧化鋅的電極在15(T50(TC的燒結(jié)爐中退火處理廣4小時，即得到具有特殊組裝形貌的餅狀納米氧化鋅的電極；或氧化鋅粉體在15(T500°C的燒結(jié)爐中退火處理廣4小時得到具有特殊組裝形貌的餅狀納米氧化鋅粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的制備方法，其特征在于:步驟一中所述陽離子型表面活性劑為季銨鹽型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的制備方法，其特征在于:步驟一所述非離子型表面活性劑為失水山梨醇酯類。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的制備方法，其特征在于:所述反應(yīng)釜有聚四氟乙烯內(nèi)襯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種餅狀結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅材料的制備方法，其特征在于:步驟四中所述電極為金屬電極、硅片電極或鍍有導(dǎo)電物質(zhì)的玻璃電極。
【文檔編號】B82Y30/00GK103560238SQ201310489834
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】吳海南, 薛名山, 李文, 王法軍, 歐軍飛 申請人:南昌航空大學(xué)