一种核壳氧化锌的内核结构可控制备方法与流程

本发明涉及一种核壳氧化锌的内核结构可控制备方法，属于核壳结构的无机材料制备领域。

背景技术：

核壳是近几年形貌决定性质的一个重要研究方向，在催化、光催化、电池、气体存储及分离方面有着广泛的应用前景，是近年来研究的热点之一。在光催化领域，相对于二维纳米光催化剂材料，三维纳米光催化剂材料可以进一步扩大比表面积，三维纳米光催化剂材料可以通过开放框架的多重反射最大程度地利用入射光，并为光生电子-空穴对提供快速传输途径。核壳结构微球就是一种常见的三维纳米光催化剂材料。

核壳结构一般是由外壳和内核所构成的，而空心结构也可以看作是一种特殊的核壳结构。相对于其它形貌的光催化剂，核壳结构的光催化剂具有一种独特的优势，即可以大幅度提高光能的利用率。具有核壳结构的光催化剂的制备原理主要是基于柯肯达尔效应、奥斯瓦尔德熟化和逐层沉积3等不同的机制。一般而言，外壳的数目越多，光能的利用率也越高。核壳结构光催化剂的制备方法包括水热和溶剂热法、硬模板法、软模板法及以上各种方法的组合等。

核壳结构的制备方法一般是在核结构基础上进行壳层的生长，比较难控制内核的生长，且制备过程复杂，操作困难，能耗高。而由上述内容可以总结发现，对内核结构的控制对于促进多重反射最大程度地利用入射光具有重要意义，是提高光能利用率的重要途径之一。

基于上述研究，本发明设计了一种核壳氧化锌的内核结构可控制备方法，其制备方法简单易操作，不需要模板，主要通过控制合成温度、时间和静置时间就可以调节核壳氧化锌的内部结构。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种核壳氧化锌的内核结构可控制备方法，该方法简单易操作，不需要模板，主要通过控制合成反应的温度、时间和静置时间就可以调节核壳氧化锌的内部结构。

本发明的技术方案如下：

一种核壳氧化锌的内核结构可控制备方法，该方法包括以下步骤：

1）向可溶性锌盐溶液中加入碱性溶液乌洛托品，得到混合溶液ⅰ，其可溶性锌盐溶液与碱性溶液的摩尔比为1:2.5～4；

2）向混合溶液ⅰ中逐滴加入柠檬酸钾溶液，得到混合溶液ⅱ，其中可溶性锌盐溶液与柠檬酸钾溶液的摩尔比为1:0.55～0.75；

3）将混合溶液ⅱ在105-115℃下进行水热反应2.5h~4h，之后置于黑暗常温环境下静置50h～70h，得到沉淀物；

4）将沉淀物用水和乙醇洗涤后干燥，即得到内部结构可控的氧化锌核壳结构。

其中：

所述的步骤1）中，可溶性锌盐为znno3或znso4，碱性溶液乌洛托品摩尔浓度为0.125～0.2mol/l。

所述的步骤2）中，柠檬酸钾溶液的摩尔浓度为0.055～0.075mol/l。

所述的步骤4）中，得到的氧化锌是核壳结构；所述的核壳结构氧化锌的内部结构可以控制；所述的核壳结构氧化锌的内部是非常规则的球形结构。

与现有技术相比，本发明具以下优势：

1）本发明的方法简单易操作，不需要模板，主要通过控制合成温度、时间和静置时间就可以调节核壳氧化锌的内部结构。

2）该方法可以获得内部结构可以控制的核壳结构氧化锌，是通过控制形貌提高光催化应用中光利用率的有效途径。

3）通过实施例1-4可以看出，本发明方法获得的核壳结构氧化锌的内部结构是非常规则的球形结构。

4）本发明方法获得的核壳结构氧化锌的内部球形结构与外壳的直径尺寸存在一定比例增加了光的多重反射和折射，更有利于增加光的传播途径，并提供更大的比表面积作为实际应用中的反应活性位点，这是同体积的实心球或空壳结构不能达到的效果。

5）通过对照例1-2可以看出，如果脱离本发明限定的合成反应的温度、时间及静置时间范围，则无法得到具有规则内部球形结构的核壳氧化锌，可见本发明具有意想不到的技术效果。

附图说明

图1为实施例1中制备的zno核壳结构的透射电镜照片；

图2为实施例2中制备的zno核壳结构的扫描电镜照片；

图3为实施例3中制备的zno核壳结构的透射电镜照片；

图4为实施例4中制备的zno核壳结构的透射电镜照片;

图5为对照例1中制备的不规则zno扫描电镜照片;

图6为对照例2中制备的不规则zno透射电镜照片。

具体实施方式

实施例1

按摩尔比为1:2.5配制znno3与碱性溶液乌洛托品的混合水溶液40ml，其中znno3的摩尔浓度为0.05mol/l，碱性溶液乌洛托品摩尔浓度为0.125mol/l，加入20ml摩尔浓度为0.055mol/l的柠檬酸钾水溶液，把得到的混合溶液转移到密封的玻璃瓶中；在105℃下水热反应2.5h后，将得到的有沉淀物的混合液体置于黑暗常温环境下静置50h，得到的沉淀用水和乙醇各洗涤两遍后进行干燥，得到zno核壳结构，透射电镜如图1所示。可以看出，该方法获得的核壳结构氧化锌的内部结构是非常规则的球形结构。

实施例2

按摩尔比为1:4配制znso4与碱性溶液乌洛托品的混合水溶液40ml，其中znso4的摩尔浓度为0.05mol/l，碱性溶液乌洛托品摩尔浓度为0.2mol/l，加入20ml摩尔浓度为0.075mol/l的柠檬酸钾水溶液，把得到的混合溶液转移到密封的玻璃瓶中；在115℃下水热反应4h后，将得到的有沉淀物的混合液体置于黑暗常温环境下静置60h，得到的沉淀用水和乙醇各洗涤两遍后进行干燥，得到zno核壳结构，扫描电镜如图2所示。可以看出，该方法获得的核壳结构氧化锌的内部结构是非常规则的球形结构。

实施例3

按摩尔比为1:2.5配制znno3与碱性溶液乌洛托品的混合水溶液40ml，其中znno3的摩尔浓度为0.05mol/l，碱性溶液乌洛托品摩尔浓度为0.125mol/l，加入20ml摩尔浓度为0.055mol/l的柠檬酸钾水溶液，把得到的混合溶液转移到密封的玻璃瓶中；在110℃下水热反应2.5h后，将得到的有沉淀物的混合液体置于黑暗常温环境下静置50h，得到的沉淀用水和乙醇各洗涤两遍后进行干燥，得到zno核壳结构，透射电镜如图3所示。可以看出，该方法获得的核壳结构氧化锌的内部结构是非常规则的球形结构。

实施例4

按摩尔比为1:3.5配制znno3与碱性溶液乌洛托品的混合水溶液40ml，其中znno3的摩尔浓度为0.05mol/l，碱性溶液乌洛托品摩尔浓度为0.175mol/l，加入20ml摩尔浓度为0.06mol/l的柠檬酸钾水溶液，把得到的混合溶液转移到密封的玻璃瓶中；在105℃下水热反应3h后，将得到的有沉淀物的混合液体置于黑暗常温环境下静置70h，得到的沉淀用水和乙醇各洗涤两遍后进行干燥，得到zno核壳结构，透射电镜如图4所示。该方法获得的核壳结构氧化锌的内部结构是非常规则的球形结构。

对照例1

按摩尔比为1:2.5配制znno3与碱性溶液乌洛托品的混合水溶液40ml，其中znno3的摩尔浓度为0.05mol/l，碱性溶液乌洛托品摩尔浓度为0.125mol/l，加入20ml摩尔浓度为0.05mol/l的柠檬酸钾水溶液，把得到的混合溶液转移到密封的玻璃瓶中；在85℃下水热反应1.5h后，将得到的有沉淀物的混合液体置于黑暗常温环境下静置48h，得到的沉淀用水和乙醇各洗涤两遍后进行干燥，无法得到zno核壳结构，扫描电镜如图5所示。可以看出，该方法无法得到具有规则内部球形结构的核壳氧化锌。

对照例2

按摩尔比为1:2.5配制znno3与碱性溶液乌洛托品的混合水溶液40ml，其中znno3的摩尔浓度为0.05mol/l，碱性溶液乌洛托品摩尔浓度为0.125mol/l，加入20ml摩尔浓度为0.05mol/l的柠檬酸钾水溶液，把得到的混合溶液转移到密封的玻璃瓶中；在90℃下水热反应0.5h后，将得到的有沉淀物的混合液体置于黑暗常温环境下静置24h，得到的沉淀用水和乙醇各洗涤两遍后进行干燥，无法得到zno核壳结构，透射电镜如图6所示。可以看出，该方法无法得到具有规则内部球形结构的核壳氧化锌。

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