基于溶剂循环的氧化锌晶须水热制备技术与机理研究

氧化锌晶须性能优越，用途广泛，但至今尚无规模化绿色湿法制备技术。借鉴已有高纯纳米氧化锌制备技术，本课题提出基于溶剂循环的氧化锌晶须水热制备新思路，以纳米氧化锌为原料，无机碱为溶剂，在低温水热条件下通过溶解-诱导结晶途径将纳米氧化锌转化为氧化锌晶须，溶剂循环使用，建立具有节能减排特征的新技术。如何在保证高转化率的同时实现氧化锌晶须的水热诱导定向生长是技术关键。为此，拟通过提高纳米氧化锌活性强化水热转化过程，通过醇和胺结晶诱导剂的协同效应促进一维生长，实现纳米氧化锌的高效转化和高长径比氧化锌晶须的形成。同时，利用溶液理论和分子模拟技术从溶液平衡、界面吸附键合、晶体生长角度系统研究醇/胺协同诱导和溶剂效应与氧化锌晶须水热结晶习性的关系，查明碱性水热溶液中氧化锌晶须的生长机理，建立相应理论模型并指导工艺优化，在此基础上试制复合材料，为锌资源的高值利用提供基础数据。

氧化锌晶须性能优越，用途广泛，但至今尚无规模化绿色湿法制备技术。本课题提出基于溶剂循环的氧化锌晶须湿法制备新思路，以纳/微米氧化锌/氢氧化锌为前驱体，无机碱为溶剂，在低温水热条件下通过溶解-诱导结晶途径将前驱体转化为氧化锌晶须，溶剂循环使用，建立具有节能减排特征的新技术。 .研究结果表明：前驱体组成和性质及碱溶转化环境是晶须制备技术的关键。具有介稳性、溶解度高特征的ε-Zn(OH)2前驱体可在低温（80 oC）条件下快速转化（< 1 h）为ZnO晶须；ε-Zn(OH)2碱溶转化过程原位结晶与溶解-沉积机制共存，提高NaOH浓度可促进溶解-沉积过程，有助于较高长径比（30-50）ZnO晶须快速形成；溶剂循环过程的建立可消除锌溶解损失，实现锌收率100%，同时可进一步提高NaOH浓度（4 molL-1）以提高过程效率（反应时间<20 min）；通过过饱和度调控和离子/表面活性剂诱导定向生长，可实现多级纳米结构及高长径比（>200）ZnO纳米线可控制备，类似方法也成功应用于其它无机纳米材料制备。在工艺研究基础上，开展基于氧化锌的纳米复合材料制备并探索其在气体传感器件中的应用。研究结果表明：通过氧化锌纳米材料与高电导室温敏感材料（如石墨烯、导电聚合物等）构建纳米复合薄膜，可实现室温条件下对甲醛、氮氧化物等空气污染物的高灵敏度响应，为解决传统半导体气体传感器工作温度高（>200 oC）的问题提供了新的可能途径。