直接沉淀法制備納米ZnO實(shí)驗(yàn)

沉淀法制備納米ZnO與表征實(shí)驗(yàn)---以氯化鋅為原料系別：應(yīng)用化學(xué)系班級：1004班姓名：劉凱強(qiáng)學(xué)號：2010080401指導(dǎo)教師：唐玉朋直接沉淀法制備納米氧化鋅實(shí)驗(yàn)作者：劉凱強(qiáng)摘要：以氯化鋅為原料，直接沉淀法制備ZnO納米粒子；研究了制備過程中Zn離子濃度、焙燒溫度等條件對ZnO納米晶體粒徑的影響,并對其機(jī)理進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較小的反應(yīng)濃度可以獲得較小的晶體粒徑；在其它反應(yīng)條件相同的情況下，制備的納米ZnO粒子，其晶粒尺寸隨著焙燒溫度的增加，晶粒逐漸增大，為ZnO的應(yīng)用開辟了更為廣闊的前景。關(guān)鍵詞:納米氧化鋅，直接沉淀法,制備，表征。引言納米氧化鋅(粒子直徑在1-100nm)是近年來已發(fā)現(xiàn)的一種高新技術(shù)材料，是一種新型的高功能精細(xì)無機(jī)材料，由于其具有量子尺寸效應(yīng)，小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)⑴,因而納米ZnO產(chǎn)生了其體相材料所不具備的這些效應(yīng)、展現(xiàn)了許多特殊的性質(zhì)，由于其粒子的尺寸小，比表面積大，使其在化學(xué)，光學(xué)，生物和電學(xué)等方面表現(xiàn)出許多獨(dú)特優(yōu)異的物理和化學(xué)性能。與普通氧化鋅相比，具有優(yōu)良的光活性，電活性，燒結(jié)活性和催化活性，如無毒和非遷移性，熒光性，壓電性，吸收和散射紫外線能力。這一新的物質(zhì)狀態(tài)，賦予氧化鋅這一古老產(chǎn)品在催化、濾光、光吸收、醫(yī)藥、磁介質(zhì)、電等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。如制造氣體傳感器，熒光體。紫外線屏蔽材料，變阻器，圖像記錄材料，壓電材料，壓敏電阻，磁性材料，高效催化劑和塑料薄膜等［2］。利用氧化鋅的電阻變化，可制成氣體報警器，吸濕離子傳導(dǎo)溫度計；利用納米氧化鋅的紫外屏蔽能力，可制成紫外線過濾器，化妝品；以氧化鋅為主體，配以Bi2O3，Pb6O11，BaO等粉末材料燒結(jié)成型，可得變阻器；利用氧化鋅半導(dǎo)體光敏理論，納米氧化鋅可作高效光催化劑，用于降解廢水中的有機(jī)污染物，凈化環(huán)境等。氧化鋅的結(jié)構(gòu)性能氧化鋅(ZnO)晶體是纖鋅礦結(jié)構(gòu)，屬六方晶系，為極性晶體。氧化鋅晶體結(jié)構(gòu)中，Zn原子按六方緊密堆積排列，每個Zn原子周圍有4個氧原子，構(gòu)成Zn-O4配位四面體結(jié)構(gòu)，四面體的面與正極面C(00001)平行，四面體的頂角正對向負(fù)極面(0001)，晶格常數(shù)a=342pm,c=519pm，密度為5.6g/cm3，熔點(diǎn)為2070k,室溫下的禁帶寬度為3.2eV。ZnO晶體結(jié)構(gòu)在ZnO晶體結(jié)構(gòu)在C（00001）面的投影ZnO纖鋅礦晶格圖納米氧化鋅的制備方法制備納米ZnO的方法，可分為氣相法、液相法和高能球磨法。在液相法中的沉淀合成工藝簡單,成本低,便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。其中直接沉淀法是制備納米ZnO的一種重要的方法，也是廣泛采用的一種方法。其原理是在包含一種或多種離子的可溶性鹽溶液中加入沉淀劑后，于一定條件下生成沉淀劑后從溶液中析出，將陰離子除去，沉淀經(jīng)熱分解制得納米ZnO⑶。本實(shí)驗(yàn)采用直接沉淀法，制備了ZnO納米粒子，并用XRD衍射儀對產(chǎn)物進(jìn)行了組分分析。實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?） 了解納米氧化鋅的基本性質(zhì)及主要應(yīng)用。（2） 通過實(shí)驗(yàn)掌握納米氧化鋅制備方法及表征方法。實(shí)驗(yàn)試劑及儀器：氯化鋅，分析純X-射線衍射儀循環(huán)水真空泵氫氧化納，分析純馬弗爐抽濾瓶無水乙醇，分析純分析天平布氏漏斗去離子水磁力攪拌器X-射線衍射儀反應(yīng)機(jī)理：以氯化鋅為原料、氫氧化納為沉淀劑制備納米ZnO的反應(yīng)方程式如下:沉淀反應(yīng)：ZnCl2+2NaOHZnCl2+2NaOH=Zn+2NaCl熱處理：Zn(OH)2Zn(OH)2 △工藝流程：ZnO(s)+H2OI產(chǎn)物晶體影響因素討論：①反應(yīng)物濃度對ZnO粒徑的影響⑷利用XRD測試技術(shù),根據(jù)謝樂公式D=0.89入/(BcosG)[4](其中入為Cu靶的波長,B為衍射峰半高寬，。為衍射角)，研究反應(yīng)物濃度為ZnO晶體粒徑的影響。表1反應(yīng)物濃度對納米ZnO粒徑的影響原料濃度丿(mol/L)20Bm0.136.2S0.3821.0.536-180.3225.821.036.220.3424.311.536.160.3027.51結(jié)果表明，其它條件相同的情況下，隨著反應(yīng)物濃度的增加,制備的ZnO的粒徑逐漸增大。從折線圖1中我們可以清楚的看出,反應(yīng)物濃度從O.lmol/L增加到1.5mol/L時,制備得到的ZnO的粒徑從21.48nm增加到了27.51nm,但是在濃

度0.5mol/L?l.Omol/L的范圍內(nèi)，濃度對制備的ZnO的粒徑影響不大。圖1納米ZnO晶體粒徑隨反應(yīng)物圖2不同反應(yīng)物濃度下制得的ZnO納米晶粒濃度的變化曲線的XRD衍射圖譜圖2給出了不同反應(yīng)物濃度下制備的ZnO納米晶體的XRD衍射圖譜，圖中的d2、c2、b2、a2分別代表反應(yīng)物氯化鋅的4種不同的濃度，分別為0.1、0.5、1.0和1.5mol/L。從圖譜中我們可以看出,4種不同濃度下制備的ZnO的XRD衍射圖譜沒有明顯的差別,與純相ZnO的XRD圖譜比較,可知4種濃度下都制得了純相的ZnO粒子。②煅燒溫度對ZnO粒徑的影響以氯化鋅為原料，在相同的摩爾濃度（1.0mol/L）下,制備出的產(chǎn)物，分別在200°C、300°C、400°C、500°C焙燒2h，得到納米ZnO晶體微粒。表2列出了不同溫度下，納米ZnO晶體的粒徑。表2煅燒溫度對納米ZnO晶體粒徑的影響瑕燒溫度廠C20BD/nni20036.220.3424330036.260.2829.52斗0036.2029.5250036.260.265L79圖3則給出了在其它反應(yīng)條件相同的情況下,ZnO粒徑隨焙燒溫度變化的曲線,從圖中我們可以明顯看出，隨著焙燒溫度的增加,所制備的納米ZnO晶體的粒徑也逐漸增大。榕燒2圖3ZnO晶體粒徑隨焙燒溫度的圖4不同溫度焙燒制得的ZnO納米晶粒的變化曲線XRD衍射圖譜圖4給出了不同溫度焙燒制得的ZnO納米晶粒的XRD衍射圖譜,b2、b3、b4和b5分別為200°C、300°C、400°C和500°C下焙燒制得的ZnO納米晶體的X射線衍射圖譜。從圖中可以看出，隨著焙燒溫度的升高(從b2到b5)，納米粒子的X射線衍射峰逐漸由寬變窄、由弱變強(qiáng)［5］。故反應(yīng)中氯化鋅溶液濃度以1.0mol/L,煅燒溫度以500C適當(dāng)。制備過程：前驅(qū)物的制備：取濃度為l.Omol/L的鋅鹽溶液，在磁力攪拌的條件下迅速加入等摩爾的氫氧化鈉溶液(l.Omol/L),并強(qiáng)烈攪拌，生成物用布氏漏斗減壓過濾，并用去離子水和無水乙醇進(jìn)行洗滌,放入60C的烘箱中進(jìn)行干燥，得到前驅(qū)物。納米ZnO的制備：將制得的前驅(qū)物放于馬弗爐內(nèi)以500C條件下進(jìn)行焙燒15min，得到了納米ZnO粒子(白色粉末狀固體)。產(chǎn)物測試：用洗凈烘干的研缽將氧化鋅粉末研磨后壓片，用XRD-射線衍射儀對制備的納米ZnO進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：XRD圖譜分析：從圖中可以知道，在31.76，34.46，36.26，47.54,56.60,62.90,68.00等處都有較強(qiáng)的峰，且與氧化鋅的標(biāo)準(zhǔn)圖譜相對應(yīng)，說明產(chǎn)品中含有氧化鋅。

由圖可知：034x兀0.34X兀=0.006,20=36.322xl80八0.89九 0.89x0.154 ―D= = =24nmPcos0 0.006xcos18.16從計算結(jié)果來看，氧化鋅的粒徑比標(biāo)準(zhǔn)值要大，可能是有一部分團(tuán)聚造成的，還有可能是雜質(zhì)附著在氧化鋅微粒表面，使測得的粒徑值較大。以上實(shí)驗(yàn)說明,較小的反應(yīng)濃度可以獲得較小的晶體粒徑,但過小的反應(yīng)濃度不利于工業(yè)化生產(chǎn),因此,在具體生產(chǎn)時應(yīng)同時考慮生產(chǎn)的效率。在其它反應(yīng)條件相同的情況下，制備的納米ZnO粒子，其晶粒尺寸隨著焙燒溫度的增加，晶粒逐漸長大。\zstnuoGAVtlsnet?200018001600140012001000800600400\zstnuoGAVtlsnet?20001800160014001200100080060040020002T=36.26卜B—18502T—31 76B—11972T—34.46,B—741 2T—56.6,B—5812T—47 54 B—3462T—62.9,B—4232! 丄/.5丄,B3丄6I 1] 12T—68,B—381,.J1;1?■..I..納米氧化鋅X-射線表征圖——系列1402060801002—Theta(°參考文獻(xiàn)張立德,牟季美1納米材料與納米結(jié)構(gòu)1北京:科學(xué)出版社,2001祖庸,劉超鋒等1現(xiàn)代化工,1997,7祖庸,劉越鋒等1化工新型材料,1997,8李棟梁，董峰亮，鄒炳鎖等直接沉淀法制備納米ZnO11北京市城市建設(shè)工程研究院,北京100029;21中國科學(xué)院物理研究所,北京100080孫曉君,井立強(qiáng)等1ZnO納米粒子制備過程中XRD的研究1哈爾濱工業(yè)大學(xué)報，2001,6:383?384Preparationofparticlesofnanometerzincoxidebydirect

precipitationmethodAuthorname:liukaiqiangAuthoraddress:yunchenguniversityAbstract：Withzincchlorideasrawmaterials,directprecipitationpreparationZnOnanoparticles;ThepreparationprocessofZnionconcentration,roastingtemperatureconditionsontheinfluenceofZnOnanocrystalsize,anditsmechanismwasanalyzed.Theexperimentalresultsshowthatthesmallerreactionconcentrationcangetsmallercrystalgrainsize;Inotherreactionconditionsofthesamecircumstances,thepreparationofnanometerZnOp