本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种掺杂氧化锌纳米薄片及其熔盐法制备方法。
背景技术：
zno是一种重要的半导体材料，具有过渡金属离子易于掺入其晶格的特性。掺杂氧化锌因具有热稳定性好、抗福射能力强、外延生长温度低、无毒无污染、来源丰富、生产成本低廉等优点，而受到相关研究人员的关注。
通过在zno上掺杂al、in、ga等元素制备出的透明光电材料，能够取代gan应用在蓝光/紫外光发光器件和光电器件上。通过在zno上掺杂co、mn、fe、v等元素制备出的具有铁磁性的材料，可应用于自旋器件上。也可通过掺杂或者复合制备出高效的光催化材料，例如掺杂稀土可以形成掺杂能级，只需较小的能量就可激发掺杂能级以捕获电子和空穴，提高光子的利用率；同时还会引起晶格畸变，使粒子表面产生大量的氧空穴，成为空穴的捕获阱，从而提高光催化效率。尤其是近年来电子器件呈现出向微小化方向发展的趋势，结合纳米材料具有较大的比表面积等特性，关于掺杂zno纳米材料的研究变得尤为热门。
制备掺杂氧化锌材料的方法有很多种，按反应类型分为化学法和物理法。主要包括溶胶凝胶法、沉淀法、水热法、固相反应法和溅射镀膜法等。但是这些方法存在一定的缺陷：水热法制备周期较长；固相反应法对温度要求高且需要进行不断研磨操作；溅射镀膜法对设备要求较高，产率低，不适宜工业化生产；沉淀法与溶胶凝胶法制备的样品容易出现团聚，zno粒子的粒径分布宽、分散性差。现有的合成掺杂方法，普遍不利于工业化生产，这也制约了掺杂氧化锌材料的性能研究和扩大化应用。
因此，有必要开发一种环境友好，过程简单，可操作性强，同时易于大规模生产的掺杂氧化锌纳米片制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种掺杂氧化锌纳米薄片及其熔盐法制备方法，制备过程简单，易于大规模制备，且产品的尺寸可控性好，形貌均一，分散性好，在光、电、催化等方面拥有广阔的市场前景。
本发明的技术方案为：一种掺杂氧化锌纳米薄片的熔盐法制备方法，包括以下步骤：
（1）将锌盐、掺杂金属盐、nacl和kcl均匀混合；
（2）将得到的混合物收集于氧化铝坩埚中，放入马弗炉中焙烧后自然冷却；
（3）将反应后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到固体产物；
（4）将得到的固体产物取出至离心管，用去离子水离心洗涤数次，于40-80℃条件下真空干燥，即得产物为掺杂氧化锌纳米薄片。
进一步地，步骤1中，锌盐、掺杂金属盐、nacl和kcl的物质的量之比为1-y∶y∶100x∶10x，其中，0.01<y<0.2；0.3<x<2.2。
进一步的，步骤1中，所述锌盐的选择范围包括硝酸锌、乙酸锌、草酸锌、碳酸锌中的一种。
进一步的，步骤1中，所述掺杂金属盐包括硝酸盐、乙酸盐、草酸盐、碳酸盐中的一种或两种，掺杂金属的选择范围包括镁、钴、镍、镉、铜、钙、锶、钡、铅、锡、锰、钒、铝、铟、镓、镧、铈、钇、铕、钕、铒中的一种或两种。
进一步地，步骤1中多种物质的均匀混合是使用玛瑙研钵进行研磨混合完成的。
进一步地，步骤2中，是以5℃/min的速率升温到750~880℃进行的焙烧过程，焙烧时间为2~6h；锌盐、掺杂金属盐高温分解生成氧化物，主要化学反应式为：ymo(s) （1-y）zno(s)→zn(1-y)myo(s)，如果反应温度低于750℃，或者反应时间低于2h，则固体混合物不能完全转化为掺杂氧化锌纳米薄片，如果反应温度高于880℃则固体混合物会转化成颗粒较大且不均匀的掺杂氧化锌颗粒。
利用上述方法制备的掺杂氧化锌纳米薄片为片状结构，薄片长度为2~5μm、宽度为1~3μm、厚度为20~150nm。
本发明的有益效果是：
1.本发明公开一种掺杂氧化锌纳米薄片及其熔盐法制备方法，通过将锌盐、掺杂金属盐、nacl和kcl按一定物质的量之比均匀混合后再高温焙烧、去离子水浸渍除盐、抽滤、洗涤和干燥后制得，制备过程简单，环境友好，产品尺寸可控性好，形貌均一，分散性好，易于工业化大量制备；
2.利用本发明公开方法制备的掺杂氧化锌纳米薄片性能优异，在光、电、催化等方面拥有广阔的市场前景。
附图说明
图1为实施例1制备的掺杂氧化锌纳米材料的x-射线衍射图；
图2为实施例1制备的掺杂氧化锌纳米薄片的扫描电子显微镜照片；
图3为实施例2制备的掺杂氧化锌纳米薄片的扫描电子显微镜照片；
图4为实施例3制备的掺杂氧化锌纳米薄片的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
实施例1
将物质的量之比为0.9∶0.1∶100∶10的zn(ch3coo)2、co(no3)2·6h2o、nacl和kcl混合，并使用玛瑙研钵研磨以达到均匀混合的效果，将混合物收集于氧化铝坩埚中后再放入马弗炉中，按5℃/min的速率升温到800℃，焙烧4小时，自然冷却，将反应后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到固体产物，将得到的固体产物取出至离心管，用去离子水离心洗涤数次，60°c真空干燥得到钴掺杂氧化锌氧化锌纳米薄片。
用x-射线衍射分析样品的晶体结构和化学组成，结果如图1所示，从图1可以看出产物所有的衍射峰基本上与纯相氧化锌一致；没有观察到其它杂质峰如氧化钴，表明本实验条件合成的产物是纯相。
扫描电子显微镜检测结果表明（图2），合成的钴掺杂氧化锌纳米薄片的长度为2~4μm、宽度为1~3μm、厚度为80~120nm。
与其他制备方法相比，该制备方法具有环境友好、时间短、能耗低、反应步骤少、工艺简便、设备简单、原料价廉易得、产品性能优异和可控性强的优势。
实施例2
将物质的量之比为0.9∶0.08∶0.02∶150∶15的zn(no3)2、co(no3)2、cu(no3)2、nacl和kcl混合，并使用玛瑙研钵研磨以达到均匀混合的效果，将混合物收集于氧化铝坩埚中后再放入马弗炉中，按5℃/min的速率升温到800℃，焙烧4小时，自然冷却，将反应后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到固体产物，将得到的固体产物取出至离心管，用去离子水离心洗涤数次，60°真空干燥得到co-cu共掺杂氧化锌纳米薄片材料。扫描电子显微镜检测结果如图3所示，结果表明，获得的co-cu共掺杂氧化锌纳米薄片长度为2~4μm、宽度为1~3μm、厚度为100~130nm。
实施例3
将物质的量之比为0.9∶0.08∶0.02∶160∶16的zn(ch3coo)2、ni(no3)2、fe(no3)3、nacl和kcl混合，并使用玛瑙研钵研磨以达到均匀混合的效果，将混合物收集于氧化铝坩埚中后再放入马弗炉中，按5℃/min的速率升温到760℃，焙烧4小时，自然冷却，将反应后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到固体产物，将得到的固体产物取出至离心管，用去离子水离心洗涤数次，60°c真空干燥得到fe-ni共掺杂氧化锌纳米薄片材料。扫描电子显微镜检测结果如图4所示，结果表明，获得的fe-ni共掺杂氧化锌纳米薄片的长度为2~4μm、宽度为1~2μm、厚度为30~60nm。
实施例4
将物质的量之比为0.85∶0.15∶120∶12的zn(ch3coo)2、ni(no3)2、nacl和kcl混合，并使用玛瑙研钵研磨以达到均匀混合的效果，将混合物收集于氧化铝坩埚中后再放入马弗炉中，按5℃/min的速率升温到800℃，焙烧4小时，自然冷却，将反应后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到固体产物，将得到的固体产物取出至离心管，用去离子水离心洗涤数次，60°c真空干燥得到zn0.85ni0.15o纳米薄片材料。
实施例5
将物质的量之比为0.9∶0.08∶0.02∶150∶15的zn(no3)2、la(no3)3、y(no3)3、nacl和kcl混合，并使用玛瑙研钵研磨以达到均匀混合的效果，将混合物收集于氧化铝坩埚中后再放入马弗炉中，按5℃/min的速率升温到760℃，焙烧4小时，自然冷却，将反应后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到固体产物，将得到的固体产物取出至离心管，用去离子水离心洗涤数次，60°c真空干燥得到镧、钇共掺杂zno纳米薄片材料。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。
1.一种掺杂氧化锌纳米薄片的熔盐法制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将锌盐、掺杂金属盐、nacl和kcl均匀混合；
（2）将得到的混合物收集于氧化铝坩埚中，放入马弗炉中焙烧后自然冷却；
（3）将反应后的产物用去离子水浸渍除盐，抽滤，得到固体产物；
（4）将得到的固体产物取出至离心管，用去离子水离心洗涤数次，于40-80℃条件下真空干燥，即得产物为掺杂氧化锌纳米薄片。
2.如权利要求1所述的一种掺杂氧化锌纳米薄片的熔盐法制备方法，其特征在于，步骤1中，锌盐、掺杂金属盐、nacl和kcl的物质的量之比为1-y∶y∶100x∶10x；其中，0.01<y<0.2，0.3<x<2.2。
3.如权利要求1所述的一种掺杂氧化锌纳米薄片的熔盐法制备方法，其特征在于，步骤1中，所述锌盐的选择范围包括硝酸锌、乙酸锌、草酸锌、碳酸锌中的一种。
4.如权利要求1所述的一种掺杂氧化锌纳米薄片的熔盐法制备方法，其特征在于，步骤1中，所述掺杂金属盐包括硝酸盐、乙酸盐、草酸盐、碳酸盐中的一种或两种，掺杂金属的选择范围包括镁、钴、镍、镉、铜、钙、锶、钡、铅、锡、锰、钒、铝、铟、镓、镧、铈、钇、铕、钕、铒中的一种或两种。
5.如权利要求1所述的一种掺杂氧化锌纳米薄片的熔盐法制备方法，其特征在于，步骤1中多种物质的均匀混合是使用玛瑙研钵进行研磨混合完成的。
6.如权利要求1所述的一种掺杂氧化锌纳米薄片的熔盐法制备方法，其特征在于，步骤2中，是以5℃/min的速率升温到750~880℃进行的焙烧过程，焙烧时间为2~6h。
7.如权利要求1-6中任一项所述的一种掺杂氧化锌纳米薄片的熔盐法制备方法合成的掺杂氧化锌纳米薄片，其特征在于，掺杂氧化锌纳米薄片为六边形片状结构，薄片长度为2~5μm、宽度为1~3μm、厚度为20~150nm。
技术总结