ZnO纳米粒子的制备及表征毕业论文 - 图文

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3.3.2 反应时间的影响 .............................................................................. 25 3.3.3 反应温度的影响 .............................................................................. 25 3.3.4 Zn2+浓度的影响 ................................................................................ 26 3.3.5 反应物配比的影响 .......................................................................... 27 3.3.6 前驱体焙烧温度的影响 .................................................................. 28 3.4 本章小结 ................................................................................................. 28 第4章 光催化性能及其影响因素的研究 ...................................................... 29 4.1 光催化实验 ............................................................................................. 29 4.1.1 药品与仪器 ...................................................................................... 29 4.1.2 光催化机理 ...................................................................................... 29 4.1.3 光催化实验对象的选取 .................................................................. 30 4.1.4 绘制甲基橙标准曲线 ...................................................................... 30 4.1.5 光催化实验 ...................................................................................... 31 4.2 结果与讨论 ............................................................................................. 32 4.2.1 甲基橙起始浓度的影响 .................................................................. 32 4.2.2 ZnO投加量的影响 ........................................................................... 32 4.2.3 pH值的影响 ..................................................................................... 33 4.2.4 不同焙烧温度的影响 ...................................................................... 34 4.3 本章小结 ................................................................................................. 35 结 论 ................................................................................................................ 36 致 谢 ................................................................................................................ 37 参考文献 ............................................................................................................ 38 附录 A ............................................................................................................... 39 附录 B ............................................................................................................... 48

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第1章 绪论

1.1 课题背景

纳米技术是 20 世纪 80 年代末、90 年代初逐步发展起来的前沿性、交叉性的新兴学科，它是在纳米尺度（1~100 nm 之间）上研究物质（包括原子、分子）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。当材料的尺寸达到纳米尺度时，材料的性能会发生突变，表现出既不同于原子、分子，也不同于宏观物质的特殊结构和性能。纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米技术中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，对纳米技术与纳米材料的研究和应用取得了引人注目的成就。

纳米技术与纳米材料的应用，是在于充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等，开发具有新技术和高性能的新材料、新产品，并对传统材料进行改性。因此，研制各种功能性纳米材料具有广阔的发展前景[1]。

纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1-100 nm之间，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。

国外开始研究ZnO是由日本于20世纪80年代初以锌的乙酞络合物为原料通过气相合成法制得了100nm左右粒径的ZnO超细粉体。之后日、美、德、韩等国相继开始用各种物理化学方法制备纳米ZnO粒子。而我国相关研究起步较晚，大约20世纪90年代初期开始针对纳米ZnO的制备及性能展开了研究。目前国内能够做到最小6-13nm的ZnO粉体。

目前纳米ZnO已经广泛运用在传感器、催化剂等领域。由于粒度的变化对于纳米材料的性能有重大影响，因此纳米ZnO制备研究的一个重要方向就是关于提高对ZnO粒度的控制。纳米ZnO粒子，比表面积大，表面自由能高，容易团聚，这就导致纳米ZnO性能的降低。由此对团聚体的控制和分散就成为了研究的又一重要方向。纯度控制、微观结构的均匀性控制、稳定性控制这些都是目前迫切需要解决的问题。

1.2 纳米ZnO研究进展

目前国内外关于纳米ZnO的研究报道很多,日本、美国、德国、韩国

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等都做了很多工作。国内对纳米ZnO的研究起步较晚，关于纳米ZnO的研究报道源于90年代初，但今年来受到国内学者的关注。“863计划”和“攀登计划”等都把纳米ZnO列入研究课题中，促进了纳米ZnO研究的较快发展，表1-1和表1-2分别列出了国外和国内的研究现状[1-3]。

单位 表1-1 国外纳米ZnO的研究现状 原料 制备方法 粒径，nm 气相合成法 液相法 126-136 8-10 报道时间 1983 1987 Techol Univ 锌的乙酞络合物 Shisedo Co.Ltd 锌盐水溶液，阳离子表面活性剂 锌盐水溶液 ZnO浆料，CO2（g） Zn，O2（g） Mitsubishi Corp Honjo Chemical Corp Nikko Aen Co.Ltd Tohoku Univ Tokia Univ Techol Inst PCTI nt.A ppl Gamouwealth Univ Inst.Werkstoffwiss. niv. Pukyong National Univ 液相法 气液反应合成法 CVD法 20-50 70 10-20 1992 1985 1988 Zn（NO3）2 ZnCl2，（CH2）6N4 锌的醇盐 卤化锌 锌盐 Zn(Ac)2或Zn（NO3）2 Zn（NO3）2

喷雾热解法 均匀沉淀法 水解法 热分解法 激光诱导CVD Sol-gel法 10-100 1000 40 100 10-100 100 1992 1992 1986 1993 1994 1992 均匀沉淀法 100 1997 - 2 -

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单位 上海师范学院 郑州轻工学院 武汉大学 武汉工业大学 西北大学 山东建材学院 华东理工大学 化工冶金研究所 上海硅酸盐研究所 天津化工研究设计所 江苏长泰化工集团 吉林大学 新疆大学 北京大学 表1-2 国内纳米ZnO的研究现状 原料 制备方法 ZnCl2，草酸盐 ZnSO4， CO（CH2）2 锌盐CWCO2 碳铵，锌盐 ZnCl2草酸铵 Zn(NO3)2CO(CH2)2 ZnSO4，Na2CO3 二水合醋酸锌盐 碱式碳酸锌 醋酸锌，氨水 锌盐，硫酸，碳酸铵 ZnSO4.7H2O，Na2CO3 醋酸锌，草酸 醋酸锌，氨水，氢氧化钠 直接沉淀 均匀沉淀 激光诱导 直接沉淀 直接沉淀 均匀沉淀 复分解 喷雾热解 分步沉淀 高频ICP 水热法 复分解 液相沉淀 固相反应 固相合成 水热法 粒径，nm 报道时间 20-40 1991 120 100 50 15-100 8-60 110 100 25-100 50 100 50 80 6-13 100 控制形貌 1993 1994 1995 1995 1997 1997 1996 1997 1998 1998 1999 1999 2000 2001 2002 1.3 纳米ZnO的结构及基本性能参数

ZnO晶体结构为六方晶系P63mc空间点群，Zn2+离子的配位数是4，O2-离子的配位数也是4，属于纤锌矿结构，见图1-1,。O2-离子按六方紧密堆积排列，Zn2+离子充填于二分之一四面体空隙中。按ZnO的r+/r-值，Zn2+离子的配位数应该是6，应属于NaCl型结构。而实际上ZnO是纤锌矿结构，Zn2+配位数为4，其原因是ZnO中离子极化，使r+/r-值下降，从而导致配位数和键性的变化。分子结合的类型介于离子键和共价键之间，d（Zn-O）=0.194nm，c轴方向有极性。纤锌矿结构ZnO的基本性能如下表1-3所示。

化学式：ZnO，分子量：81.37，别名：锌白、锌氧粉，是一种两性化合物。氧化锌为白色六角晶体或粉末，无气味，熔点：1975℃，不溶于水、乙醇，溶于酸、氢氧化钠水溶液、氯化铵，密度：相对密度（水=1）5.606。

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