一种吗啉类离子液体对微纳米ZnO的调控合成方法技术

本发明专利技术涉及一种吗啉类离子液体对微纳米ZnO的调控合成方法，包括以下步骤：(1)离子液体制备及纳米氧化锌的合成；(2)离子液体的制备；(3)离子液体对ZnO的调控合成；(4)样品表征。本发明专利技术选用4种不同烷基链长的咪唑类氯盐离子液体与水组成混合溶剂，采用水热法合成大量不同形貌的微/纳米ZnO晶体，系统研究了离子液体离子液体用量、反应时间以及反应温度对于形成棒状ZnO晶体形貌的影响规律，探讨了棒状微/纳米ZnO的最佳制备条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种吗啉类离子液体对微纳米ZnO的调控合成方法，属于微纳米ZnO合成方法的

技术介绍
纳米材料是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度(1am-100nm)调制的各种固体超细材料，不同形貌的纳米材料都有着独特的物理化学性质，因而备受关注。ZnO是一种典型的半导体无机材料，与纳米ZnO材料相关的应用研究涉及二极管、光电学、光催化剂等诸多领域。纳米材料的形貌对其光电性能起着决定性的作用。目前，已经探索出许多制备可控形貌纳米ZnO的方法，如水热法、微乳液法、溶胶-凝胶法等。其中，水热法直接生成ZnO，避免了煅烧过程，且生成的ZnO粉体具有粒度小、团聚少、晶粒结晶良好的优点，因而被广泛采用。但传统水热法制备ZnO晶体通常在高温高压下进行，制备过程中需要有机溶剂，易造成环境污染。因此，在水热法中添加离子液体(ILs)辅助制备微/纳米ZnO晶体具有重要意义。室温离子液体(Room—temperatureionicliquids，RTILs)是由正负离子构成的有机盐，在室温或接近室温时呈液态，与传统有机溶剂相比，离子液体具有几乎可忽略不计的饱和蒸汽压、低毒性、宽电势窗口和液相范围、较高的离子电导率和良好的热稳定性。目前，离子液体已在萃取、有机合成和催化等诸多领域得到广泛应用。2000年以来，离子液体被广泛应用于无机材料和纳米材料制备中，克服了传统材料合成中过分依赖有机溶剂的问题。
技术实现思路
针对现有技术的上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种吗啉类离子液体对微纳米ZnO的调控合成方法，选用4种不同烷基链长的咪唑类氯盐离子液体与水组成混合溶剂，采用水热法合成大量不同形貌的微/纳米ZnO晶体，系统研究了离子液体离子液体用量、反应时间以及反应温度对于形成棒状ZnO晶体形貌的影响规律，探讨了棒状微/纳米ZnO的最佳制备条件。为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种吗啉类离子液体对微纳米ZnO的调控合成方法，包括以下步骤：(1)离子液体制备及纳米氧化锌的合成；(2)离子液体的制备；(3)离子液体对ZnO的调控合成；(4)样品表征。所述步骤(2)包括方法一、方法二、方法三、方法四或方法五；所述的方法一包括以下步骤：将N-甲基吗啉和氯化苄加入到烧杯中，室温下磁力搅拌，反应一定时间后抽滤产品，即得到目标产物，置于称量瓶，保存于干燥器中；所述的方法二包括以下步骤：将N-甲基吗啉和乙腈加入到烧杯中，在搅拌下，将4-氯硝基苯固体加入烧杯中，待固体完全溶解后，得浅黄色溶液，将其放入微波炉中进行微波反应，取出置于磁力搅拌器搅拌溶液；待溶液冷至室温，再将其放入微波炉中加热；重复上述步骤至溶液呈中黄色，停止微波反应；室温下，磁力搅拌后，溶液无明显变化，减压蒸馏、过滤、洗涤，除去溶剂乙腈，真空干燥后得到淡黄色晶体物质，置于试剂中，放入干燥器中保存；所述的方法三包括以下步骤：将N－甲基吗啉和乙腈加入到烧杯中，在搅拌下，将氯乙酸固体加入烧杯中，待固体完全溶解后，得浅黄色溶液，将其放入微波炉中进行微波反应，取出置于磁力搅拌器搅拌溶液；待溶液冷至室温，再将其放入微波炉中；重复上述步骤至溶液呈棕黄色，停止微波反应，减压蒸馏除去溶剂乙腈，得到橙黄色粘稠液体，置于试剂瓶中；所述的方法四包括以下步骤：在烧杯中加入N-甲基吗啉，再加入乙腈进行稀释，量取氯磺酸边搅拌边缓慢加入到上述溶液中；用塑料薄膜盖住烧杯口，薄膜上用针状物开若干个孔洞，置于磁力搅拌器上搅拌，每5分钟放入微波炉小火加热1分钟，再取出置于磁力搅拌器上搅拌，直至液体颜色不再加深，所得溶液经旋转蒸发除去乙腈等残余的溶剂,得到黄色黏性液体；所述的方法五包括以下步骤：在圆底烧瓶中加入N-甲基吗啉和氯乙酰，以乙腈作为溶剂将烧瓶放入微波反应器中进行反应，每次停止加热后，振荡摇匀，冷却至室温使反应物均匀分散在体系中；待反应到溶液变成桔黄色时停止微波反应，室温下，磁力搅拌后过滤，减压蒸出滤液中的乙腈，得到淡黄色固体，然后用乙酸乙酯在超声振荡下将其溶解，放入冰箱中冷冻，有白色固体析出，趁冷抽滤，将产物放在真空干燥，最终得到白色晶状固体，即为N-甲基-N-乙酰基吗啉离子，置于称量瓶，保存于干燥器中。所述步骤(2)的反应方程式如下：其中，R为苄基、硝基苯、乙酸基、磺酸基或乙酰基。所述的步骤(3)包括以下步骤：取Zn(Ac)2·2H20溶液和NaOH溶液在超声清洗器中超声，然后再加入离子液体，并在超声条件下混合，紧接着加热到一定的温度，反应l0h，反应结束后先用去离子水洗涤数次，再用无水乙醇洗涤数次，最后将所得样品在真空干燥箱中干燥。所述的步骤(3)的反应方程式如下：Zn(OAC)2+NaOH—ZnO+Na(OAC)2+H2O。所述的步骤(4)的样品表征包括X-射线衍射物相分析、扫描电子显微镜、样品的紫外可见分析或样品的荧光分析。本专利技术的有益效果如下：本专利技术吗啉类离子液体对微纳米ZnO的调控合成方法，以醋酸锌和氢氧化钠为原料，吗啉离子作为反应介质，采用水热法合成出不同形貌的微/纳米ZnO晶体，用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对合成的ZnO晶体进行表征.研究了离子液体用量、反应时间以及反应温度对形成棒状ZnO晶体形貌的影响，所制备的棒状ZnO晶体样品为六方晶系结构.在棒状ZnO晶体的制备过程中，控制反应温度，选择不同的离子液体及其用量十分重要。附图说明图1-10为纳米氧化锌的XRD表征图；图11-14为纳米氧化锌的SEM表征图；图15为第一种离子液体合成的纳米氧化锌SEM表征图；图16-18为第三种离子液体合成的纳米氧化锌SEM表征图；图19-21为第四种离子液体合成纳米氧化锌SEM表征图；图22为第五种离子液体合成纳米氧化锌SEM表征图；图23和24为纳米氧化锌的紫外(Uv-Ⅵs)表征图；图24-28为纳米氧化锌的荧光(PL)表征图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。本专利技术吗啉类离子液体对微纳米ZnO的调控合成方法，包括如下步骤：(1)离子液体制备及纳米氧化锌的合成所需要的实验药品如下表1，实验仪器如下表2表1表2(2)离子液体的制备：包括方法一、方法二、方法三、方法四或方法五，分别制备得出五种不同的离子。其中，方法一为：将0.1mol(11.1ml)N-甲基吗啉和0.12mol(13.8ml)氯化苄加入到100ml的烧杯中，室温下，磁力搅拌，反映时间1h，反应完毕，抽滤产品，即得到目标产物，置于称量瓶，保存于干燥器中，为第一种离子。方法二为：将11.1ml(约0.1mol)N－甲基吗啉和25ml乙腈加入到250ml的烧杯中，在搅拌下，将15.8g(约0.1mol)4-氯硝基苯固体加入烧杯中。待固体完全溶解后，得浅黄色溶液，将其放入微波炉中进行微波反应，功率选择280W，加热30s，取出置于磁力搅拌器搅拌溶液。待溶液冷至室温，再将其放入微波炉中，加热30s。重复上述步骤至溶液呈中黄色，停止微波反应。室温下，磁力搅拌24h后，溶液无明显变化，减压蒸馏、过滤、洗涤，除去溶剂乙腈，真空干燥8h，得到20.45g淡黄色晶体物质，置于试剂中，放入干燥器中保存，为第二种离子。方法三为：将11.0ml(0.1mol)N－本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吗啉类离子液体对微纳米ZnO的调控合成方法，其特征在于包括以下步骤：(1)离子液体制备及纳米氧化锌的合成；(2)离子液体的制备；(3)离子液体对ZnO的调控合成；(4)样品表征。

【技术特征摘要】
1.一种吗啉类离子液体对微纳米ZnO的调控合成方法，其特征在于包括以下步骤：(1)离子液体制备及纳米氧化锌的合成；(2)离子液体的制备；(3)离子液体对ZnO的调控合成；(4)样品表征。2.如权利要求1所述吗啉类离子液体对微纳米ZnO的调控合成方法，其特征在于所述步骤(2)包括方法一、方法二、方法三、方法四或方法五；所述的方法一包括以下步骤：将N-甲基吗啉和氯化苄加入到烧杯中，室温下磁力搅拌，反应一定时间后抽滤产品，即得到目标产物，置于称量瓶，保存于干燥器中；所述的方法二包括以下步骤：将N-甲基吗啉和乙腈加入到烧杯中，在搅拌下，将4-氯硝基苯固体加入烧杯中，待固体完全溶解后，得浅黄色溶液，将其放入微波炉中进行微波反应，取出置于磁力搅拌器搅拌溶液；待溶液冷至室温，再将其放入微波炉中加热；重复上述步骤至溶液呈中黄色，停止微波反应；室温下，磁力搅拌后，溶液无明显变化，减压蒸馏、过滤、洗涤，除去溶剂乙腈，真空干燥后得到淡黄色晶体物质，置于试剂中，放入干燥器中保存；所述的方法三包括以下步骤：将N－甲基吗啉和乙腈加入到烧杯中，在搅拌下，将氯乙酸固体加入烧杯中，待固体完全溶解后，得浅黄色溶液，将其放入微波炉中进行微波反应，取出置于磁力搅拌器搅拌溶液；待溶液冷至室温，再将其放入微波炉中；重复上述步骤至溶液呈棕黄色，停止微波反应，减压蒸馏除去溶剂乙腈，得到橙黄色粘稠液体，置于试剂瓶中；所述的方法四包括以下步骤：在烧杯中加入N-甲基吗啉，再加入乙腈进行稀释，量取氯磺酸边搅拌边缓慢加入到上述溶液中；用塑料薄膜盖住烧杯口，薄膜上用针状物开若干个孔洞，置于磁力搅拌器上搅拌，每5分钟放入微波炉小火加热1分...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金花，王宇松，
申请(专利权)人：龙岩学院，
类型：发明
国别省市：福建;35