水热法制备ZnO及掺杂型ZnO纳米材料的研究进展

水热法制备ZnO及掺杂型ZnO纳米材料的研究进展

张晓雨，刘华，但江荣，雷燕（通讯作者）

江西科技师范大学，江西省南昌市 330000

摘要：本文对水热法制备ZnO及掺杂型ZnO纳米材料的研究进行综述汇总，有望为水热法在纳米材料中的应用与研究提供参考与借鉴。

关键词：水热法；ZnO;  掺杂; 纳米材料

1、前言

ZnO纳米材料具有无毒、制备方法简单、光学性质优异、性能稳定等特性，且离子掺杂能有效改善ZnO纳米材料的光学性能，使其满足光电子器件领域的应用需求[1]。目前，用于制备ZnO及掺杂型ZnO纳米材料的方法主要有沉淀法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、水热法、固相法等[2,3]。其中，水热法具备生长温度低、成本低、易于操作及产率高等优点而受到研究者的喜爱。因此，本文对水热法制备ZnO及掺杂型ZnO纳米材料的研究进行综述汇总，有望为水热法在纳米材料中的应用与研究提供参考与借鉴。

2. 水热法制备ZnO纳米材料

ZnO纳米棒是一种比表面积高、传导方向性强和表面光学特性优异等优点，有望在光电子器件和生物医学方面获得应用。目前，已有研究者采用水热法制备该材料，如：

郎集会[4]等人采用水热法合成了ZnO: Eu3+纳米棒，探究了Eu3+对ZnO基质的晶体结构、表面形貌及光学性能的影响。研究结果显示：Eu3+可取代Zn2+进入ZnO晶格中，ZnO基质中缺陷浓度随Eu3+掺杂量的增加，使得样品的结晶度下降。此外，他们还发现缺陷浓度的增加可增强ZnO纳米棒中与Eu3+红光发射相关的发光峰强度增加，且ZnO基质的紫外发光峰出现红移。

Meili Wang[5]等人以Zn(NO3)2·6H2O，(CH2)6N4和Eu(NO3)3· 6H2O为原料采用水热法合成了ZnO: Eu3+纳米棒，实现了从ZnO宿主向Eu3+离子的能量转移，这将有助于光电和全彩显示器件的应用。

3. 水热法制备掺杂型ZnO纳米材料

ZnO纳米片可以制成各种薄膜，已在医学、材料科学及新能源领域获得应用，已有研究者采用水热法合成了ZnO和ZnO:Eu3+纳米片。

Jinghai Yang[6]等人利用Eu(NO3)3，Zn(NO3)2·6H2O和(NH2)2 CO溶液为初始原料，采用水热法合成了

郎集会等人[8]也采用Jinghai Yang等人的方法用水热法制备了稀土Eu掺杂ZnO纳米材料，证明了在反应温度为155℃时纳米片的衍射峰和散射法最强，也说明了该温度下纳米片的结晶质量最好。

4. 水热法制备ZnO:Eu3+纳米粒子

ZnO纳米粒子由于合成方法简单、光学性能优异及应用范围广等优势而受到研究者的广泛关注，如：

朱雷[9]等人采用称取6份4.39g(0.02mol)Zn(CH3COO)2,10g(0.25mol)NaOH和2gPEG2000分别放入6个烧杯中，各用50ml蒸馏水溶解混合，在混合液中分别加入0gEu，0.036gEu，0.074gEu，0.111gEu，0.15gEu，0.19gEu,然后将混合液放在磁力搅拌器下搅拌15min ，然后加入8.75g柠檬酸，继续搅拌5min后将混合液转移到容积为100ml的聚四氟乙烯内衬高压釜中密封，在160℃的恒温鼓风干燥箱中保温6h反应结束后将釜内产物取出，用高速离心机离心，取离心管底部白色沉淀，用蒸馏水洗涤３～４次，再用无水乙醇洗涤２～３遍，然后将白色沉淀放入60℃的恒温鼓风干燥箱保温12h，即得到复合光催化材料产物，证明了当水热温度不低于150℃，掺杂比不小于3%时，可以制备Eu掺杂ZnO纳米棒复合光催化材料。

苑光伟[10]等人采用首先准确称量氧化铕用稍过量的硝酸(1:1)溶解后,加热去除多余的硝酸,将其配成0.1mol/LEu(NO3)溶液,备用。然后配制0.1mol/L的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)表面活性剂溶液,称取质量为1.5804g乙酸锌,用适量的去离子水将其溶解,缓慢加入到20ml的SDBS表面活性剂溶液中,再加入一定体积的Eu(NO3)3溶液,向溶液中滴加氨水调节pH至11。在40℃下恒温20min,放入聚四氟乙烯高压反应釜中水热一定时间后冷却、洗涤、干燥,800℃焙烧得到梭形ZnO:Eu3+，证明了当水热温度为160℃,Eu3+的掺杂量为4%，时间为6h时ZnO:Eu3+发光强度最大，是一种潜在的适用于蓝光LED芯片的光转换材料。

2、结语

总之，由于水热法具备生长温度低、成本低、易于合成以及可以大规模生产的优点，使得水热法制备Eu3+掺杂ZnO纳米材料在很多方面都具有广泛的应用。现今的研究成果，使我们对Eu3+离子掺杂ZnO纳米粒子的光电特性有了更进一步的认识，但现有的研究结果仍存在分散和不够系统的缺点，需要从实验和理论上作进一步的研究和探讨。

3、参考文献

[1]王远港,赵显一.金属掺杂氧化锌光催化性能的研究进展[J].当代化工,2023,52(07):1691-1695.DOI:10.13840/j.cnki.cn21-1457/tq.2023.07.013.

[2]YATSKIV R, GRYM J. Luminescence properties of hydrothermally grown ZnO nanorods [J].Superlattices and Microstructure2016,99: 214-220.

[3]LOPAN O, PAUPORTE T, VIANA B, et al. Eu-doped ZnO nanowire arrays grown by electrodeposition [J].Applied SurfaceScience,2013,282:782-788.

[4]郎集会,孙雨婷,李香兰,王佳英,张哲.稀土Eu掺杂Zn O纳米棒的水热合成及其光学性质.华南师范大学学报(自然科学版), 2018，50(2):25－29.

[5]Wang M, Huang C, Huang Z, et al. Synthesis and photoluminescence of Eu-doped ZnO microrods prepared by hydrothermal method[J]. Optical Materials, 2009, 31(10): 1502-1505.

[6]Yang J, Li X, Lang J, et al. Synthesis and optical properties of Eu-doped ZnO nanosheets by hydrothermal method[J]. Materials Science in Semiconductor Processing, 2011, 14(3-4): 247-252.

[7]郎集会,张岩,徐松松,等. 反应温度对水热法制备Eu掺杂ZnO纳米片结构和性能的影响[J]. 吉林师范大学学报（自然科学版）,2013,34(4):30-33.

[8]朱雷,罗李陈,汪恂. Eu 掺杂ZnO光催化剂降解垃圾渗滤液实验研究[J]. 工业安全与环保,2015(5):8-11. DOI:10.3969/j.issn.1001-425X.2015.05.003.

[9]苑光伟,莎仁,贾倩南,等. Eu3+掺杂梭形ZnO荧光粉的制备与发光性质研究[J]. 内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版）,2014(3):328-332. DOI:10.3969/j.issn.1001-8735.2014.03.014.

[10]于琦,姜立运,艾桃桃,等. 铕掺杂ZnO纳米棒的生长及其光电性能的研究[J]. 陕西理工学院学报（自然科学版）,2016,32(2):1-5. DOI:10.3969/j.issn.1673-2944.2016.02.001.

作者姓名：张晓雨，出生年月：2001年9月，性别：女，民族：汉族，籍贯：河南省南阳市，单位：江西科技师范大学，单位所在省市及邮编：江西省南昌市 330000

 项目：江西科技师范大学研究生创新专项基金（YC2022-x13），江西省研究生创新专项基金(YC2023-S895)