棒状氧化锌纳米材料的制备及表征

第30卷第5期2009年10月 青岛科技大学学报(自然科学版)Jo urnal of Qing dao U niver sity o f Science and T echno lo gy (N atural Science Edition)V ol.30N o.5O ct.2009文章编号:1672-6987(2009)05-0384-03棒状氧化锌纳米材料的制备及表征彭红瑞1,王 宁1,丁 洁1,李桂村1,徐明正2(1.青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042; 2.青岛市建筑材料研究所,山东青岛266042)摘 要:分别以Zn(Ac)2 2H 2O 和Zn(NO 3)2 6H 2O 为锌源,利用简易的低温液相法制备了2种不同形貌的ZnO 纳米棒状结构。

XRD 衍射图谱表明,所得的ZnO 纳米棒具有六角纤维锌矿结构;通过SEM 观察可知,以Zn(Ac)2 2H 2O 为锌源制备的ZnO 纳米棒,长度1~5 m ,直径50~100nm;以Zn(NO 3)2 6H 2O 为锌源制备的ZnO 纳米棒,长度0 5~1 m,直径40~60nm 。

关键词:氧化锌;纳米棒;低温液相中图分类号:T B 383 文献标识码:ASynthesis and Characterization of ZnO NanorodsPENG Hong -rui 1,WANG Ning 1,DING Jie 1,LI Gu-i cun 1,XU Ming -zheng2(1.Colleg e of M aterials Science and Engineering,Qingdao U nivers ity of S cien ce an d T echnology,Qingdao 266042,C hina;2.Qingdao In stitu te of Bu ilding M aterials,Qingdao 266042,C hina)Abstract:ZnO nanorods were synthesized by a low temperature solution method using Zn(Ac)2 2H 2O and Zn(NO 3)2 6H 2O as zinc sources,respectively.The products were characterized by X -ray diffractometer (XRD)and scanning electron microscopy (SEM ).The XRD pattern shows that ZnO nanorods synthesized using either Zn(Ac)2 2H 2O or Zn(NO 3)2 6H 2O as zinc sour ce have hex agonal w urtzite structur e.T he SEM imag es illustrate that ZnO nanorods sy nthesized using Zn(AC)2 2H 2O have 1~5 m leng ths and 50~100nm diameters;ZnO nanor ods synthesized using Zn(NO 3)2 6H 2O have 0 5~1 m lengths and 40~60nm diameters.Key w ords:ZnO;nanorods;low -tem perature solutio n metho d 收稿日期:2008-11-07作者简介:彭红瑞(1962~),男,教授.氧化锌纳米结构有纳米棒[1]、纳米线[2]、纳米管[3]、纳米带[4]、纳米环[5]、纳米螺旋[6]、纳米片[7]、纳米盘[8]以及中空纳米球[9]等,因具有特殊的光学性质[10],其在压电器件[11]、紫外发光器件[12]、燃料电池[7]和光催化[8]上有潜在应用价值。

纳米氧化锌常见的的制备方法有化学气相沉积(CVD)[2]、模板辅助合成[3]、热力学沉积[4-6]、电沉积[13]、仿生合成[14]以及水热合成[15]。

但是目前氧化锌纳米棒的低温液相法制备还鲜有报道。

本研究采用简易的低温液相法,以2种不同的锌源合成了不同形貌的氧化锌纳米棒结构。

1 实验部分1.1 试剂和仪器醋酸锌、硝酸锌、氨水,烟台三和化学试剂有限公司;十二烷基硫酸钠,淄博市淄博天德精细化工研究所;无水乙醇。

所用试剂均为分析纯。

JSM -6700F 型场发射扫描电子显微镜,日本JEOL 公司;Rigaku D -max - A 型X 射线衍射仪,日本理学公司;水浴锅,天津泰斯特仪器有限公司。

第5期 彭红瑞等:棒状氧化锌纳米材料的制备及表征1.2 实验方法1.2.1 以Zn(Ac)2 2H 2O 为锌源合成ZnO 纳米棒将1 1g Zn(Ac)2 2H 2O 溶解在40mL 蒸馏水中,2mL NH 3 H 2O 用40m L 蒸馏水稀释,然后将配制的Zn (Ac)2溶液逐滴添加到NH 3 H 2O 溶液中,得到白色的悬浊液。

将白色的悬浊液转入250mL 的圆底烧瓶中在80 水浴中反应6h,得到白色沉淀。

分别用水和无水乙醇将所得沉淀物洗涤数次至中性,在60 下干燥10h 。

1.2.2 以Zn (NO 3)2 6H 2O 为锌源合成ZnO纳米棒将30mL4m ol L -1NaOH 溶液和5mL 0 2mol L -1十二烷基硫酸钠(SDS)溶液先后逐滴加入到20m L 1m ol L -1Zn (NO 3)2 6H 2O 溶液中,再加入45m LH 2O,得100mL 澄清溶液。

使用冰块调节水浴温度为3 ,然后在3 强力搅拌30min,再在室温下持续搅拌1 5h,得到白色悬浊液。

将悬浊液移至250m L 的圆底烧瓶中,在85 下反应5h,得到白色沉淀物。

将所得沉淀物分别用水和无水乙醇洗涤数次至中性,最后在60 下干燥10h 。

2 结果与讨论2.1 以Zn(Ac)2 2H 2O 为锌源合成ZnO 纳米棒的表征图1是以Zn(Ac)2 2H 2O 为锌源所得产物的XRD 图谱。

从图1可以看出,产物为氧化锌,全部衍射峰与标准图谱(JSPDS N o.36-1451)相符合。

晶格常数a =0 3249nm,c =0 5206nm,与六角结构的数据吻合得较好。

衍射图谱中没有其它杂峰出现,说明制备的ZnO 纯度较高、结晶性较好。

图1 Zn(Ac)2 2H 2O 为锌源制备的ZnO 纳米棒的XRD 图谱Fig.1 XRD pattern of ZnO nan orod s u singZn(Ac)2 2H 2O as zinc s ou rce图2是以Zn(Ac)2 2H 2O 为锌源合成的ZnO 纳米结构的SEM 照片。

通过低倍数方法放大的SEM 照片(图2(a))可以看出,产物的形貌是氧化锌纳米棒杂乱的排列在一起,并有一定程度的团聚。

通过高放大倍数的照片(图2(b))可以更清楚地看出,棒状结构的形貌比较均匀,长度为1~5 m,直径为50~100nm,有的棒状结构还出现劈裂现象而且纳米棒的顶端逐渐减小具有针状特征。

从图2还可以看出,纳米棒的表面比较光滑。

图2 以Zn(Ac)2 2H 2O 为锌源制备的ZnO 纳米棒的SEM 照片Fig.2 S EM imag es of ZnO nanorods usingZn(Ac)2 2H 2O as zinc s ou rce2.2 以Zn(NO 3)2 6H 2O 为锌源合成的棒状纳米ZnO 的表征图3是Zn(NO 3)2 6H 2O 为锌源制得产物的XRD 图谱。

从图3可以看出,产物的全部衍射峰与六角结构纤维锌矿图谱(JSPDS No.36-1451)符合得较好,晶格常数a =0 3249nm,c =0 5206nm 。

衍射图谱中没有其它杂峰出现,说明所得产物纯度较高。

图3 以Z n(NO 3)2 6H 2O 为锌源制备的Z nO 纳米棒的XRD 图谱Fig.3 XRD pattern of ZnO nan orods u singZn(NO 3)2 6H 2O as zinc s ou rce图4是Zn (NO 3)2 6H 2O 为锌源所得的ZnO 纳米结构的SEM 照片。

产物是均匀的棒状结构,且棒的底端聚集在一起,顶端向四周分散,385青岛科技大学学报(自然科学版)第30卷形成类似花状的结构,棒的长度为0 5~1 m,直径为40~60nm 。

通过高放大倍数的照片(图4(b))可知,单根纳米棒由底部向顶端生长的过程中直径是逐渐减小的,氧化锌纳米棒的表面比较光滑。

图4 以Zn(NO 3)2 6H 2O 为锌源制备的棒状ZnO 的SEM 照片Fig.4 SEM images of ZnO rod -like n an os tructures u singZn(NO 3)2 6H 2O as zinc s ou rce3 结 论(1)以Zn(A c)2 2H 2O 为锌源,合成的ZnO 纳米棒的形貌比较均匀,长度为1~5 m,直径为50~100nm,纳米棒的顶端直径逐渐减小具有针状特征,而且有的棒状结构出现劈裂现象。

(2)以Zn(NO 3)2 6H 2O 为锌源合成的ZnO 纳米棒的形貌比较均匀,棒的长度为0 5~1 m,直径为40~60nm 。

且棒的底端聚集在一起,顶端向四周分散,形成类似花状的结构。

参 考 文 献[1]Yu H ,Zhang Z,H an M ,et al.A gen eral low -temperaturerou te for larg e -scale fabr ication of highly oriented ZnO nan o -rod/nanotube arrays[J].J Am Chem Soc,2005,127:2378-2379.[2]Greene L E,Law M ,Goldb erger J ,et al.Low -temperaturew afer-scale production of ZnO nanow ire arrays [J ].AngewChem Int Ed,2003,42:3031-3034.[3]Sun Y,Riley D J,Ashfold M N R.M echanism of ZnO nan o -tub e g row th by hydrotherm al methods on ZnO film -coated S i substrates [J].J Phys Ch em B,2006,110:15186-15192.[4]Pan Z W ,Dai Z R,W ang Z L.Nanobelts of semiconductin gox ides[J ].S cien ce,2001,291:1947-1949.[5]Kong X Y,Ding Y,Yang R,et al.Single -crystal nanoring sformed b y epitaxial self -coiling of p olar nanobelts [J ].Sc-i ence,2004,303:1348-1351.[6]Gao P X,Ding Y,M ai W,et al.Conversion of zin c oxiden an ob elts into superlattice -structu red nanohelices [J ].Sc-i ence,2005,309:1700-1704.[7]Hos on o E,Fujih ara S,Honm a I,et al.T he fabrication of anu pright -standin g zinc oxide nan osheet for us e in dye -s ens-i tized solar cells[J].Adv M ater,2005,17:2091.[8]Ye C,Bando Y,Sh en G,et al.T hick nes s -depen dent photo -catalytic performance of ZnO nanoplatelets[J].J Phys Chem B,2006,110:15146-15151.[9]M o M ,Yu J C,Zhang L,et al.Self -assembly of Zn O nan o -rods and nanosheets into hollow microhemisp heres an d m-i crospheres [J].Ad v M ater,2005,17:756-760.[10]Djuri ic 'A B,Leu ng Y H.Optical properties of ZnO nan o -structu res[J ].Sm all,2006,2:944-961.[11]Wang Z L,S ong J.Piezoelectric nan og enerators based onzinc oxide n anow ire arrays [J].S cien ce,2006,312:242-246.[12]Joh nson J C,Knuts en K P,Yan H ,et al.Ultrafas t carrierdynamics in single Zn O nan owir e and nan oribbon las ers[J ].Nano Lett,2004,4:197-201.[13]W u J J,Liu S C.Low -tem perature gr ow th of w el-l alignedZnO nan orod s by chemical vapor deposition[J].Ad v M ater,2002,14:215-218.[14]Xu L,Gu o Y,Liao Q,et al.M or phological control of ZnOnanostructu res by electrodeposition [J ].J Ph ys Chem B,2005,109:13519-13522.[15]Pal U,S antiago P.Con trolling the morphology of ZnOnanostructu res in a low -temperature hydrotherm al process [J].J Phys Chem B,2005,109:15317-15321.386。