探析氧化锌的液相合成及表征

莫惠宇

摘要：本文通过水热/溶剂热法和室温液相法合成得到了哑铃状的ZnO。以蒸馏水作溶剂，以Zn（OH）42-为前驱体，通过改变沉淀剂和溶剂可获得哑铃状纳米ZnO结构，并探讨了产物的形成机制。影响纳米ZnO产物形貌的因素主要有碱源、溶剂和反应物浓度，甲醇和四氢呋喃作为极性比水小得多的溶剂提供了更温和的环境生成哑铃状的纳米颗粒。

关键词：化学教学；纳米氧化锌；水热/溶剂热法；室温液相法

中图分类号：G633.8 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2017）03-0127-01

1.氧化锌的制备

1.1 氧化锌材料。ZnO是一种重要的接带隙宽禁带半导体材料。室温下能带带隙为3.37eV，激子束缚能高达60meV（GaN：25meV，ZnSe：22meV）[1.2]，能有效工作于室温（26meV）及更高温度，且光增益系数（300cm-1）高于GaN（100cm-1）[3]，这使ZnO迅速成为继GaN后短波半导体激光器件材料研究新的国际热点。ZnO是一种重要的接带隙宽禁带半导体材料。室温下能带带隙为3.37eV，激子束缚能高达60meV（GaN：25meV，ZnSe：22meV）[1.2]，能有效工作于室温（26meV）及更高温度，且光增益系数（300cm-1）高于GaN（100cm-1）[3]，这使ZnO迅速成为继GaN后短波半导体激光器件材料研究新的国际热点。

1.2 用水热法制备哑铃状纳米ZnO。称取0。548gZn（CH3COO）2.2H2O（2.5mmol）溶解于25mL蒸馏水中，称取3.60g肌醇（10mmol）溶解于20mL蒸馏水中，室温下磁力搅拌将两溶液混合。用5mL量筒量取1.0mL氨水，加入蒸馏水稀释到5mL，缓慢的滴加到配置好的Zn一肌醇溶液当中。氨水加完毕后继续搅拌10分钟。取25mL溶液转移到30mL不锈钢反应釜当中，密闭封紧，置于预先加热的120℃烘箱内恒温静置12h。反应釜自然冷却到室温，将反应釜内的液体与沉淀物转移到离心管，离心分离洗涤沉淀，蒸馏水洗涤两次，产物60℃干燥6h。

2.产物表征

产物的粉末X衍射物相分析采用DX-50型X射线衍射仪进行测定，X射线源为Cu-kα，扫描速度为0。02°/s，扫描范围为10-70°，仪器正常工作的电压和电流分别为40kV和30mA。产物的形貌表征采用透射电镜和扫描电镜（SEM，HitachiS-3400N）进行，仪器正常工作的电压为30kV。

3.实验结果分析

3.1 产物形貌分析

用S-3400N型掃描电镜测定产物的形貌，得到其SEM图为

从图中可以看出，纳米ZnO呈哑铃状，由孪生六方短棒组成，两短棒尺寸均一，对称性好，端面规整，分散性好，分布均匀，短棒的长度约为1.5μm，直径约为700nm。

3.2 哑铃状纳米ZnO的可能生长机制。此实验用氨水代替氢氧化钠作碱性物质，加氨水到醋酸锌溶液后，氨水水解析出OH-离子，OH-与乙酸锌发生反应生成了Zn（OH）42-生长基元，氨水除了充当碱性物质外，还是缓冲液，可以调节溶液的PH值。在肌醇的作用下，Zn（OH）42-发生分解快速成核、一维生长得到ZnO纳米棒结构。其方程式表示为

对于六方相的极性晶体ZnO来说，其（001）面为正极性面，正极面富Zn2+，（001）面为负极性面，负极面富02-，由于各向异性的生长习性，沿（001）方向生长所需的能量最小，导致沿c轴方向的生长更快，容易长成一维结构的ZnO棒结构。本实验以肌醇作结构导向剂，肌醇又称环己六醇，其分子式是（CHOH）6，肌醇和氨水共同作用使ZnO晶核的表面能降低，促进了生长基元Zn（OH）42-在正极性（001）面上聚集，从而推动ZnO晶体沿着c轴方向快速生长，经熟化后形成哑铃状的ZnO纳米晶粒。

通过室温液相法和溶剂热/水热法合成得到了纳米ZnO。通过改变溶剂和沉淀剂以及反应时间探索了影响其生成的可能因素，并使用SEM表征方法对产物进行了检测，并对结果进行了分析：用肌醇作结构导向剂，氨水作沉淀剂可得到哑铃状的ZnO，并探讨了哑铃状的ZnO可能的形成机制，探讨了溶剂对ZnO形状的影响。

参考文献：

[1] 李育洁，张海明，胡国锋等.ZnO纳米棒的低温制备及表征.半导体技术专栏。2009，34（12）：1170-1172

[2] 范学运，王艳香，余熙.ZnO纳米片生长过程的研究.硅酸盐通报，2009，28（2）：374-378

[3] 江浩，胡俊青，顾锋等.花状ZnO超细结构的水热自组装.无极材料学报，2009，24（1）：69-72