權(quán)利要求

1.微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟(1)：在嚴(yán)格控制溫度下，用直流電源提供電解的能量，用鋅片作為陽極，用自制鉑針作為陰極，用硝酸鈉作為電解液，回路中加入電阻穩(wěn)定電流； 步驟(2)：當(dāng)陰陽兩電極間施加一定范圍的電壓和電流時(shí)，陰極發(fā)生電解H 2O,產(chǎn)生大量OH–； 步驟(3)：電解過程中陽極Zn片被消耗，溶液逐漸由無色變?yōu)榘咨蚧野咨?/span> 步驟(4)：在磁力攪拌子持續(xù)攪拌下電解一段時(shí)間，得到白色濁液或灰白色濁液； 步驟(5)：將濁液離心分離，用蒸餾水洗滌3～4次，真空干燥至恒重，研磨，得到白色產(chǎn)物即為納米Zn(OH) 2粉末，或者得到灰白色產(chǎn)物即為納米ZnO。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法，其特征在于：在步驟(1)中，所述電解液為1～5g/L的硝酸鈉溶液。 

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法，其特征在于：在步驟(1)中，兩電極之間的距離為0.5～2.0cm，電源正極和陽極Zn片之間加入1～5kΩ電阻來穩(wěn)定電流，陰陽兩極插入液面以下的深度為3cm。 

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法，其特征在于：在步驟(1)中，陰極為自制直徑0.5～1.5mm、長10～15mm的鉑針，鉑針密封于石英管中且露出石英管的長度為0.5～1.5mm；陽極鋅片在使用前由以下工藝進(jìn)行處理：用砂紙打磨、拋光后先在丙酮中浸泡10～15min，再在去離子水中超聲洗滌10～15min，以除去表面的油脂。 

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法，其特征在于：在步驟(2)中，當(dāng)電壓為20～160V、電流為20～120mA時(shí)，陰極發(fā)生電解H 2O,產(chǎn)生大量OH –。 

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法，其特征在于：在步驟(3)持續(xù)電解過程中，溶液的溫度保持在5～40℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～3.0h，制備得到的產(chǎn)物為微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2；溶液的溫度保持在40～60℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～3.0h，制備得到的產(chǎn)物為微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的混合物；溶液的溫度保持在60～90℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～3.0h，制備得到的產(chǎn)物為微納米結(jié)構(gòu)的ZnO。 

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法，其特征在于：在步驟(4)的反應(yīng)過程中，溶液攪拌的速度為90～150r/min。 

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法，其特征在于：在步驟(5)中，反應(yīng)結(jié)束后，離心分離的轉(zhuǎn)速為8000～12000r/min。 

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法，其特征在于：在步驟(5)中，所述干燥是在40～70℃下真空干燥。

說明書

微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及利用電解法可控制備微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的方法。

背景技術(shù)

納米材料具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特點(diǎn)，這些效應(yīng)使得它在力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、生物學(xué)、催化等領(lǐng)域具有超越普通材料的特異性能。因此，材料的納米化是擴(kuò)大其在催化、醫(yī)療、冶金和電子等方面應(yīng)用的一個(gè)重要方向。目前，納米材料的研究領(lǐng)域主要包括：改進(jìn)常規(guī)制備方法，探索新的制備技術(shù)；精確調(diào)控合成具有一定尺寸和特殊形貌的納米材料；納米材料在環(huán)境、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中的應(yīng)用研究等。由于納米材料的制備方法在當(dāng)前納米材料科學(xué)研究中占有極其重要的地位，新的制備工藝過程的研究對納米材料的微觀結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用有著極大的影響，因此探索納米材料的制備新方法意義重大。

氫氧化鋅主要用于生產(chǎn)鋅化合物的前軀體，如氧化鋅、硫酸鋅、硝酸鋅等。一般由鋅鹽溶液中加入適量強(qiáng)堿如氫氧化鈉、氫氧化鉀等制得。該制備過程用到鋅鹽和堿，原料成本高，多余的硝酸鋅鹽和堿對環(huán)境有毒；另外，用普通氫氧化鋅作為鋅鹽前驅(qū)體報(bào)道較多，而極少有文章提到用微納米級(jí)Zn(OH) 2直接用作鋅前軀體合成各種含鋅納米材料的。納米ZnO是一種n型半導(dǎo)體，具有寬帶隙(3.37eV)和高激子束縛能(60meV)，因而被廣泛應(yīng)用于電子、陶瓷、壓敏電阻、光敏器件、氣敏傳感器、太陽能電池、化妝品、光催化等領(lǐng)域。制備納米氧化鋅的常用方法有：水熱合成法、直接沉淀法、溶膠-凝膠法和熱分解法等，這些方法或多或少都存在一定的缺陷。如均勻沉淀法會(huì)出現(xiàn)后沉淀和混晶共沉淀現(xiàn)象，反應(yīng)過程中溶液pH控制范圍窄；水熱法專用的高壓釜價(jià)格昂貴，設(shè)備投資費(fèi)用較大，制備條件苛刻；沉淀法反應(yīng)過程難以控制，粒徑分布范圍寬,分散性較差,去除陰離子困難較大；溶膠-凝膠法使用的有機(jī)溶劑通常有毒，原料成本昂貴、工藝復(fù)雜、反應(yīng)溫度較高，制備的ZnO納米顆粒易團(tuán)聚。電化學(xué)法通常用硝酸鋅水溶液作為電解液，通過陰極還原在襯底上制備薄膜，產(chǎn)規(guī)模較小，合成產(chǎn)品成分、結(jié)晶度很難控制。因此，發(fā)展新穎的制備方法成為國內(nèi)外納米ZnO研究的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有Zn(OH) 2和ZnO納米粒子的制備過程復(fù)雜、條件苛刻、生產(chǎn)成本偏高、污染環(huán)境等缺陷，提供一種微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法，即基于溫度調(diào)控的電解法一步制備分散性好、純度高的微納米Zn(OH) 2和ZnO的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的可控制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)：在嚴(yán)格控溫下，用直流電源提供電解的能量，用鋅片作為陽極，用自制鉑針作為陰極，用硝酸鈉作為電解液，回路中加入電阻穩(wěn)定電流；

步驟(2)：當(dāng)陰陽兩電極間施加一定范圍的電壓和電流時(shí)，陰極發(fā)生電解H 2O,產(chǎn)生大量OH -。

步驟(3)：電解過程中陽極Zn片被消耗，溶液由無色逐漸變?yōu)榘咨蚧野咨?/span>

步驟(4)：在磁力攪拌下持續(xù)電解一段時(shí)間，得到白色濁液或灰白色濁液；

步驟(5)：將濁液離心分離，用蒸餾水洗滌3～4次，真空干燥至恒重，研磨，得到白色產(chǎn)物即為納米Zn(OH) 2粉末，或者得到灰白色產(chǎn)物即為納米ZnO。

優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述電解液為1～5g/L的硝酸鈉溶液。

優(yōu)選地，在步驟(1)中，兩電極之間的距離為0.5～2.0cm，電源正極和陽極Zn片之間加入1～5kΩ電阻來穩(wěn)定電流，陰陽兩極插入液面以下的深度為3cm。

優(yōu)選地，在步驟(1)中，陰極為自制直徑0.5～1.5mm、長10～15mm的鉑針，鉑針密封于石英管中且露出石英管的長度為0.5～1.5mm；陽極鋅片在使用前由以下工藝進(jìn)行處理：用砂紙打磨、拋光后先在丙酮中浸泡10～15min，再在去離子水中超聲洗滌10～15min，以除去表面的油脂。

優(yōu)選地，在步驟(2)中，當(dāng)電壓為20～160V、電流為20～120mA時(shí)，陰極發(fā)生電解H 2O,產(chǎn)生大量OH -。

優(yōu)選地，在步驟(3)中，持續(xù)電解過程中，溶液的溫度保持在5～40℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～3.0h，制備得到的產(chǎn)物為微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2；溶液的溫度保持在40～60℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～3.0h，制備得到的產(chǎn)物為微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的混合物；溶液的溫度保持在60～90℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～3.0h，制備得到的產(chǎn)物為微納米結(jié)構(gòu)的ZnO。

優(yōu)選地，在步驟(4)中，反應(yīng)過程中，溶液攪拌的速度為90～150r/min。

優(yōu)選地，在步驟(5)中，反應(yīng)結(jié)束后，離心分離的轉(zhuǎn)速為8000～12000r/min。

優(yōu)選地，在步驟(5)中，所述干燥是在40～70℃下真空干燥。

一種Zn(OH) 2和ZnO納米粒子的制備裝置,包括直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源1、冷凝管5、反應(yīng)容器9、恒溫浴池8和磁力攪拌器16，所述反應(yīng)容器9放置在恒溫浴池8中，恒溫浴池8放置在磁力攪拌器16上。

所述反應(yīng)容器9的頂部蓋板14上安裝有與反應(yīng)容器9內(nèi)部相通的冷凝管，所述反應(yīng)容器9的內(nèi)部盛有電解質(zhì)溶液10，所述直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源1的電源正極2通過導(dǎo)線連接回路電阻4和鋅片陽極11，所述鋅片陽極11從反應(yīng)容器9的頂部伸入反應(yīng)容器9內(nèi)部的電解質(zhì)溶液10中，所述直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源1的電源負(fù)極3通過導(dǎo)線連接鉑針陰極12，所述鉑針陰極12從反應(yīng)容器9的頂部伸入反應(yīng)容器9內(nèi)部的電解質(zhì)溶液10中；所述直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源1、回路電阻4、鋅片陽極11、電解質(zhì)溶液10和鉑針陰極12的針尖13構(gòu)成電解回路。

優(yōu)選地，所述冷凝管的下端開設(shè)有冷凝水入口7，所述冷凝管的上端開設(shè)有冷凝水出口6。

優(yōu)選地，所述恒溫浴池8的底部安裝有磁力攪拌器16，磁子15在反應(yīng)容器8的底部居中處放置。

優(yōu)選地，所述蓋子14由聚四氟乙制成。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)容器9可以為250mL的三頸燒瓶。

相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明用鉑針為陰極，鋅片為陽極，NaNO 3溶液為電解質(zhì)，通過犧牲陽極Zn片的電解技術(shù)，當(dāng)控制反應(yīng)溫度為5～40℃，制備得到的產(chǎn)物為分散性好、純度高的微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2；當(dāng)控制溶液的溫度在40～60℃，制備得到的產(chǎn)物為微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO的混合物；當(dāng)控制溶液的溫度在60～90℃，制備得到分散性好、純度高的微納米結(jié)構(gòu)的ZnO；

(2)本發(fā)明通過電解的原理，促使氧化、分解等反應(yīng)的進(jìn)行來制備納米粒子；

(3)本發(fā)明裝置簡單，操作方便，條件溫和(無需其他氣體保護(hù))，過程可控(控制反應(yīng)溫度、電解電壓等，可以獲得不同結(jié)構(gòu)、不同粒徑的微納米粒子)，是一種環(huán)境友好的綠色制備新技術(shù)；

(4)本發(fā)明反應(yīng)過程所用的化學(xué)試劑種類少，用量低，減小了對環(huán)境的污染；嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，可以獲得純度高、顆粒均勻的目標(biāo)產(chǎn)物。

附圖說明

為了更加清晰的理解本發(fā)明，通過結(jié)合說明書附圖與示意性實(shí)施例，進(jìn)一步介紹本專利，附圖與實(shí)施例是用來解釋說明，并不構(gòu)成對本專利的限定。

圖1是本發(fā)明電解法制備微納米Zn(OH) 2和ZnO的裝置，其中：1.直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，2.電源正極，3.電源負(fù)極，4.電阻，5.冷凝管，6.冷卻水出口，7.冷卻水入口，8.恒溫浴池，9.反應(yīng)容器，10.電解質(zhì)溶液，11.鋅片陽極，12.鉑針陰極，13.鉑針，14.蓋子，15.磁力攪拌子，16.磁力攪拌器。

圖2是本發(fā)明中不同反應(yīng)溫度下制備過程中溶液pH值的變化曲線，其中：a 20℃；b50℃；c 80℃。

圖3是本發(fā)明中樣品的紅外光譜圖，其中：a 20℃Zn(OH) 2；b 50℃Zn(OH) 2/ZnO混合物；c 80℃ZnO。

圖4是本發(fā)明中樣品的XRD譜圖，其中：a 20℃Zn(OH) 2；b 40℃Zn(OH) 2；c 50℃Zn(OH) 2/ZnO混合物；d 60℃ZnO；e 80℃ZnO。

圖5是本發(fā)明中樣品的SEM形貌圖，其中：a 20℃Zn(OH) 2；b 40℃Zn(OH) 2；c 50℃Zn(OH) 2/ZnO混合物；d 60℃ZnO；e 80℃ZnO。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

本發(fā)明專利一種微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2的制備方法，是以濃度為2g/L的硝酸鈉溶液為電解液，鋅片為陽極(厚0.2mm)，針狀鉑絲為陰極(直徑0.5mm)，電解液溫度嚴(yán)格保持在20℃，并以100r/min對溶液進(jìn)行持續(xù)攪拌。用2kΩ電阻來穩(wěn)定電流，當(dāng)直流高壓電源提供80V的電壓和80mA電流時(shí)，陽極鋅片逐漸消耗，溶液逐漸變?yōu)榘咨珴嵋?。持續(xù)電解2h，將白色濁液超聲分散20min，10000r/min高速離心分離，產(chǎn)物用蒸餾水洗滌數(shù)次，40℃真空干燥至恒重，得到白色產(chǎn)物即為Zn(OH) 2，其FT-IR、XRD和SEM分別見圖3a、圖4a和圖5a。

實(shí)施例2

本發(fā)明專利一種微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2的制備方法，是以濃度為2.0g/L的硝酸鈉溶液為電解液，鋅片為陽極(厚0.2mm)，針狀鉑絲為陰極(直徑0.5mm)，電解液溫度保持在30℃，并以100r/min對溶液進(jìn)行持續(xù)攪拌。用2kΩ電阻來穩(wěn)定電流，當(dāng)直流高壓電源提供80V的電壓和80mA電流時(shí)，陽極鋅片逐漸消耗，溶液逐漸變?yōu)榘咨珴嵋骸３掷m(xù)電解2h，將白色濁液超聲分散20min，10000r/min高速離心分離，產(chǎn)物用蒸餾水洗滌數(shù)次，30℃真空干燥至恒重，得到白色產(chǎn)物即為Zn(OH) 2。

實(shí)施例3

本發(fā)明專利一種微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2的制備方法，是以濃度為2g/L的硝酸鈉溶液為電解液，鋅片為陽極(厚0.2mm)，針狀鉑絲為陰極(直徑0.5mm)，電解液溫度保持在40℃，并以100r/min對溶液進(jìn)行持續(xù)攪拌。用2kΩ電阻來穩(wěn)定電流，當(dāng)直流高壓電源提供80V的電壓和80mA電流時(shí)，陽極鋅片逐漸消耗，溶液逐漸變?yōu)榘咨珴嵋?。持續(xù)電解2h，將白色濁液超聲分散20min，10000r/min高速離心分離，產(chǎn)物用蒸餾水洗滌數(shù)次，30℃真空干燥至恒重，得到白色產(chǎn)物即為Zn(OH) 2。其XRD和SEM分別見圖4b和圖5b。

實(shí)施例4

本發(fā)明專利一種微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2/ZnO的制備方法，是以濃度為2g/L的硝酸鈉溶液為電解液，鋅片為陽極(厚0.2mm)，針狀鉑絲為陰極(直徑0.5mm)，電解液溫度保持在50℃，并以100r/min對溶液進(jìn)行持續(xù)攪拌。用2kΩ電阻來穩(wěn)定電流，當(dāng)直流高壓電源提供80V的電壓和80mA電流時(shí)，陽極鋅片逐漸消耗，溶液逐漸變?yōu)榘咨珴嵋?。持續(xù)電解2h，將白色濁液超聲分散20min，10000r/min高速離心分離，產(chǎn)物用蒸餾水洗滌數(shù)次，40℃真空干燥至恒重，得到白色產(chǎn)物即為Zn(OH) 2和ZnO混合物。其FT-IR、XRD和SEM分別見圖3b、圖4c和圖5c。

實(shí)施例5

本發(fā)明專利一種微納米結(jié)構(gòu)的ZnO的制備方法，是以濃度為2g/L的硝酸鈉溶液為電解液，鋅片為陽極(厚0.2mm)，針狀鉑絲為陰極(直徑0.5mm)，電解液溫度保持在60℃，并以100r/min對溶液進(jìn)行持續(xù)攪拌。用2kΩ電阻來穩(wěn)定電流，當(dāng)直流高壓電源提供80V的電壓和80mA電流時(shí)，陽極鋅片逐漸消耗，溶液逐漸變?yōu)榛野咨珴嵋?。持續(xù)電解2h，將灰白色濁液超聲分散20min，11000r/min高速離心分離，產(chǎn)物用蒸餾水洗滌數(shù)次，50℃真空干燥至恒重，得到白色灰白色產(chǎn)物即為ZnO。其XRD和SEM分別見圖4d和圖5d。

實(shí)施例6

本發(fā)明專利一種微納米結(jié)構(gòu)的ZnO的制備方法，是以濃度為2g/L的硝酸鈉溶液為電解液，鋅片為陽極(厚0.2mm)，針狀鉑絲為陰極(直徑0.5mm)，電解液溫度保持在70℃，并以100r/min對溶液進(jìn)行持續(xù)攪拌。用2kΩ電阻來穩(wěn)定電流，當(dāng)直流高壓電源提供80V的電壓和80mA電流時(shí)，陽極鋅片逐漸消耗，溶液逐漸變?yōu)榛野咨珴嵋?。持續(xù)電解2h，將灰白色濁液超聲分散20min，10000r/min高速離心分離，產(chǎn)物用蒸餾水洗滌數(shù)次，60℃真空干燥至恒重，得到白色灰白色產(chǎn)物即為ZnO。

實(shí)施例7

本發(fā)明專利一種微納米結(jié)構(gòu)的ZnO的制備方法，是以濃度為2g/L的硝酸鈉溶液為電解液，鋅片為陽極(厚0.2mm)，針狀鉑絲為陰極(直徑0.5mm)，電解液溫度保持在80℃，并以100r/min對溶液進(jìn)行持續(xù)攪拌。用2kΩ電阻來穩(wěn)定電流，當(dāng)直流高壓電源提供80V的電壓和80mA電流時(shí)，陽極鋅片逐漸消耗，溶液逐漸變?yōu)榛野咨珴嵋骸３掷m(xù)電解2h，將灰白色濁液超聲分散20min，10000r/min高速離心分離，產(chǎn)物用蒸餾水洗滌數(shù)次，20℃真空干燥至恒重，得到白色灰白色產(chǎn)物即為ZnO。其FT-IR、XRD和SEM分別見圖3c、圖4e和圖5e。

(一)本發(fā)明的制備原理：

下面通過溶液pH變化來說明制備Zn(OH) 2和ZnO的原理。圖2為不同溫度下，溶液pH隨時(shí)間的變化，可以看出，電解20min時(shí)，溶液pH從6.5迅速升高到10左右，之后隨電解時(shí)間的延長，溶液pH基本恒定在10.5左右，說明制備微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH) 2和ZnO是在堿性條件下進(jìn)行，這與均相沉淀法制備納米氧化鋅的pH范圍吻合較好。

基于以上分析，制備Zn(OH) 2和ZnO的反應(yīng)原理如下：

陽極發(fā)生的主要反應(yīng)為：

陽極：Zn-2e -→Zn 2+，

陰極：2H 2O+2e -→H 2+2OH -，

溶液中：Zn 2++2OH -→Zn(OH) 2。

(1)當(dāng)溶液溫度為5～40℃時(shí)，生成純度較高Zn(OH) 2，總反應(yīng)為：

(2)當(dāng)溶液溫度為40～60℃時(shí)，產(chǎn)生的Zn(OH) 2一部分與OH -反應(yīng)生成[Zn(OH) 4] 2-,即：

Zn(OH) 2+2OH -→[Zn(OH) 4] 2-，而[Zn(OH) 4] 2-又分解為ZnO：

[Zn(OH) 4] 2-→ZnO+H 2O+2OH -。

因此產(chǎn)物為Zn(OH) 2和ZnO的混合物。總反應(yīng)為：

(3)當(dāng)溶液溫度為60～90℃時(shí)，產(chǎn)生的Zn(OH) 2完全與OH -反應(yīng)生成[Zn(OH) 4] 2-：

Zn(OH) 2+2OH -→[Zn(OH) 4] 2-。

Zn[(OH) 4] 2-在較高溫度下分解為ZnO：[Zn(OH) 4] 2-→ZnO+H 2O+2OH -。

總反應(yīng)為： 

通過控制反應(yīng)溫度、電解電壓、電解質(zhì)溶液的濃度，得到純度較高的Zn(OH) 2和ZnO。

(二)結(jié)構(gòu)表征

下面通過紅外光譜、X射線粉末衍射、掃描電鏡對Zn(OH) 2和ZnO的結(jié)構(gòu)、組成和形貌進(jìn)行表征。

1、紅外測試

采用美國Nicolet公司生產(chǎn)的Nexus670型紅外光譜儀在400～4000cm –1對不同水浴溫度下電解制備的樣品進(jìn)行表征。圖3為不同樣品的FT-IR光譜,圖3a和圖3b中，在3239和1626cm -1處有強(qiáng)吸收峰，其中3239cm -1處的吸收峰為產(chǎn)物結(jié)晶水或兩性氫氧化物中羥基的伸縮振動(dòng)，1626cm -1處為吸附水O-H鍵的彎曲振動(dòng)峰，1087-1037cm -1為兩性Zn(OH) 2中Zn–O–H的彎曲振動(dòng)峰，846、768以及715cm -1處的3個(gè)峰為兩性Zn(OH) 2中羥基的彎曲振動(dòng)峰吸收峰，483和406cm -1為Zn(OH) 2中Zn-O鍵的特征吸收峰。圖3c中，3420和1626cm -1處為ZnO表面吸附水中羥基的伸縮振動(dòng)峰和彎曲振動(dòng)峰，885和483cm -1為氧化鋅中Zn-O鍵的特征吸收峰。相比圖3a，圖3c中1087-1037cm -1處兩性Zn(OH) 2中Zn–O–H的彎曲振動(dòng)峰以及846，768和715cm -1處3個(gè)兩性Zn(OH) 2中羥基的彎曲振動(dòng)峰消失。以上結(jié)果說明，低溫生成的產(chǎn)物為兩性Zn(OH) 2，高溫生成的產(chǎn)物為ZnO。

2、XRD測試

用日本理學(xué)公司RD/MAX-RB X-射線粉末衍射儀測定制備樣品的X-射線粉末衍射(XRD)圖譜，采用Cu靶(Kα,λ＝0.154056nm)。80V電壓時(shí)，不同反應(yīng)溫度下產(chǎn)物的XRD如圖4所示。從圖4a,b可以看出，溫度低于50℃時(shí)，產(chǎn)物在2θ＝20.2,20.9,27.2,27.8,32.9,39.5,40.8,42.1處出現(xiàn)的峰分別對應(yīng)于正交晶系Zn(OH) 2的(110),(101),(111),(201),(211),(021),(311),(112)晶面，這與Zn(OH) 2標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCP No.38-0385)一致，證明制備的產(chǎn)物為正交晶系Zn(OH) 2顆粒；此外，圖4a,b中未觀察到雜質(zhì)峰的出現(xiàn),說明產(chǎn)物純度高；再者，值得注意的是，與標(biāo)準(zhǔn)的Zn(OH) 2粉末衍射圖譜相比，本專利所制備的Zn(OH) 2顆粒的衍射峰出現(xiàn)了明顯的寬化，說明所制備的產(chǎn)物粒徑較小，符合納米顆粒的特征。從圖3c可以看出，當(dāng)溫度為50℃時(shí)，制備產(chǎn)物中Zn(OH) 2的特征衍射峰減弱，而ZnO的特征衍射峰出現(xiàn)，說明此溫度下制備產(chǎn)物為Zn(OH) 2和ZnO的混合物。當(dāng)溫度高于50℃時(shí)，樣品的X射線衍射圖(圖4d,e)在2θ＝31.7,34.4,36.2,47.6,56.6°,62.9°,66.4°、67.9°,69.1°處出現(xiàn)9個(gè)衍射峰，分別對應(yīng)于六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)、(112)、(201)、(004)和(202)晶面，這與六方晶系ZnO結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS No.36-1451)一致，從圖4d-e還可以看出，圖中各衍射峰尖銳、無其他雜質(zhì)峰，說明樣品結(jié)晶度較好。另外，本專利所制備的ZnO的衍射峰出現(xiàn)了明顯的寬化，說明所制備的產(chǎn)物粒徑較小，處于納米量級(jí)。

3、掃描電鏡(SEM)測試

使用德國Zeiss公司的plus FESEM型掃描電子顯微鏡對納米Zn(OH) 2和ZnO進(jìn)行掃描，以觀察樣品的大小及形貌。觀察前樣品在60℃真空干燥后噴金。從圖5可以看出，在反應(yīng)溫度為20與40℃時(shí)，產(chǎn)物為正八面體結(jié)構(gòu)的微納米氫氧化鋅(圖5a,b)。在50℃時(shí)，產(chǎn)物主要為紡錘體狀的納米氧化鋅與少量正八面體結(jié)構(gòu)的微納米氫氧化鋅顆粒(圖5c)。在60℃時(shí)，產(chǎn)物主要為紡錘體狀的納米氧化鋅顆粒(圖5d)。在80℃時(shí)，產(chǎn)物全部為針狀的納米氧化鋅(圖5e)。通過60與80℃產(chǎn)物的SEM圖(圖5d,e)可以看出隨著溫度的升高產(chǎn)物的尺寸會(huì)有所減小，形貌也會(huì)發(fā)生一定的變化。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

微納米結(jié)構(gòu)的Zn(OH)2和ZnO的可控制備方法.pdf