CN101670288A - 一种金纳米颗粒修饰氧化锌的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在环境保护中处理污水的金纳米颗粒修饰氧化锌的制备方法。它包括如下步骤：a、将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶1～4；b、在锌盐溶液与六次甲基四胺溶液组成的混合液A中添加金盐溶液并均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶100～1000；c、将锌盐溶液、六次甲基四胺溶液和金盐溶液组成的混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时；d、自然冷却至常温后分离反应后的混合液B，洗涤，干燥。本发明制备方法简单，且制备过程中无强酸、强碱及有机溶剂参与，与其它制备方法相比具有无环境污染、不需要煅烧等优点。
Description
技术领域
本发明属于无机化工材料制备技术领域，尤其是涉及一种主要用于在环境保护中处理污水的金纳米颗粒修饰氧化锌(ZnO)的制备方法。
背景技术
当前，世界各国在享受经济高速增长的同时，也正面临着世界历史上规模最大、涉及面最广、后果最严重的环境污染问题。高度重视污水排放、废弃物等污染的处理和循环再生，减少资源的消耗和环境污染，走可持续发展道路已成为世界各国发展过程中共同面临的问题。中国在这方面所面临的挑战尤为严峻。近年来发展起来的以半导体金属氧化物为催化剂的光催化技术，为我们提供了一种理想的能源利用和治理环境污染的方法。重视和加强这方面的研究工作对各国经济的可持续发展、加强环境保护具有重要意义。
氧化锌(ZnO)是一种直接带隙半导体，其室温下的禁带宽度为3.2eV，激子结合能为60meV，可以实现室温下的激子发射，产生近紫外的短波发光，被用来制备短波光电器件，如紫外探测器，紫外激光器等。另外氧化锌还具有很好的导电、导热和化学稳定性能，在太阳能电池、传感器和光催化等许多方面都有广泛的应用前景，因而成为国际上半导体材料研究领域的热点之一。
近期的研究表明，在半导体表面负载金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)等贵金属后，可大大提高其催化性能。目前，现有技术的制备方法存在着制备过程复杂，需要煅烧，且贵金属颗粒分散不均匀，其分散范围为10nm～20μm，颗粒粒径大小不一(颗粒粒径多在微米级范围，在纳米级范围所占的比例较低)等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备过程简单，无需煅烧，能使贵金属颗粒分散均匀、颗粒粒径尺寸较小、分布范围较窄的金纳米颗粒修饰氧化锌(ZnO)的制备方法。本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种金纳米颗粒修饰氧化锌(ZnO)的制备方法，它包括如下步骤：a、将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶1～4；b、在锌盐溶液与六次甲基四胺溶液组成的混合液A中添加金盐溶液并均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶100～1000；c、将锌盐溶液、六次甲基四胺溶液和金盐溶液组成的混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时；d、自然冷却至常温后分离反应后的混合液B，洗涤，干燥。本发明所要解决的技术问题还可进一步通过如下技术方案加以解决：锌盐溶液为硝酸锌(Zn(NO3)2)溶液或醋酸锌(Zn(CH3COO)2)溶液；金盐溶液为氯化金(AuCl3·HCl·4H2O)溶液；锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶2；反应温度为105～130℃，反应时间为4～12小时；反应温度为120℃，反应时间为6小时；分离采用转速为2000～5000转/分的离心机离心5～30分钟，洗涤为食用管道水清洗，干燥为置入温度为15～50℃的真空干燥箱中10～24小时。本发明由于采用上述技术方案，制备方法过程简单，且其制备过程中无强酸、强碱及有机溶剂参与，与其它制备方法相比具有无环境污染、不需要煅烧等优点。与现有制备技术制备的贵金属修饰的氧化锌相比，本发明制备的贵金属颗粒分散均匀(本发明为50nm±30nm)、颗粒粒径尺寸较小(本发明小于80nm)。
本发明中的各组分在本发明中的作用如下：一定物质的量比例的锌盐溶液和六次甲基四胺混合溶液在加热条件下可以生成氧化锌。这是由于六次甲基四胺溶液在加热条件下反应生成氨和甲醛，氨作为沉淀剂与锌盐反应生成氧化锌。如果利用六次甲基四胺溶液在加热条件下生成的甲醛还原金盐溶液，就可以在不引入其它还原剂的条件下直接生成金纳米颗粒修饰的氧化锌。本发明以六次甲基四胺溶液作为氧化锌的沉淀剂与金盐溶液的还原剂，选择合适的锌盐溶液以及金盐溶液，成功地制备出用于环境保护中处理污水的金纳米颗粒均匀修饰的氧化锌。本发明的实施不需要高温煅烧，制备过程简单，就可以制备金纳米颗粒修饰的氧化锌。本发明中硝酸锌溶液(或醋酸锌溶液)和六次甲基四胺溶液作为生成氧化锌的反应剂，氯化金溶液作为金纳米颗粒修饰氧化锌的修饰源，经六次甲基四胺溶液分解得到的甲醛还原得到贵金属金。
本发明中所述“物质的量”＝浓度×体积。本发明将由硝酸锌或醋酸锌溶液(锌盐溶液)和六次甲基四胺溶液组成的混合液定义为混合液A；将由硝酸锌或醋酸锌溶液(锌盐溶液)、六次甲基四胺溶液和氯化金溶液(金盐溶液)组成的混合液定义为混合液B。
本发明所有组分均可在中国国内市场购得。
本发明的终极形态为灰黑色粉末体。
附图说明
下面结合附图和本发明的具体实施例对本发明作进一步详细描述：
附图是本发明实施例1锌盐溶液选择醋酸锌时所制备的金纳米颗粒修饰氧化锌的X射线衍射图。
具体实施方式
实施例为理解本发明而非限制权利范围。
下面结合附图和本发明的具体实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1：首先将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶4、即将浓度为0.05mol/L×0.2L的硝酸锌或醋酸锌溶液与浓度为0.1mol/L×0.4L的六次甲基四胺溶液均匀搅拌使之为混合液A，然后再将金盐溶液与混合液A均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶1000，即将浓度为0.00005mol/L×0.2L的氯化金溶液添加在混合液A中均匀搅拌使之为混合液B，接着将混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时，可选用反应温度为105～120℃，反应时间为4～12小时，优选反应温度为120℃，反应时间为6小时，自然冷却至室温后再用2000～5000转/分的离心机分离反应后的混合液B 5～30分钟，优选10分钟，反应后的混合液B呈粉末状，最后用管道食用水洗净，并置入温度为15～50℃的真空干燥箱中干燥10～24小时，优选干燥温度为30℃，干燥时间为18小时。
实施例2：首先将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶2、即将浓度为0.05mol/L×0.2L的硝酸锌或醋酸锌溶液与浓度为0.05mol/L×0.4L的六次甲基四胺溶液均匀搅拌使之为混合液A，然后再将金盐溶液与混合液A均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶500，即将浓度为0.0001mol/L×0.2L的氯化金溶液添加在混合液A中均匀搅拌使之为混合液B，接着将混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时，可选用反应温度为105～120℃，反应时间为4～12小时，优选反应温度为120℃，反应时间为6小时，自然冷却至室温后再用2000～5000转/分的离心机分离反应后的混合液B 5～30分钟，优选10分钟，反应后的混合液B呈粉末状，最后用管道食用水洗净，并置入温度为15～50℃的真空干燥箱中干燥10～24小时，优选干燥温度为30℃，干燥时间为18小时。
实施例3：首先将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶1、即将浓度为0.05mol/L×0.2L的硝酸锌或醋酸锌溶液与浓度为0.025mol/L×0.4L的六次甲基四胺溶液均匀搅拌使之为混合液A，然后再将金盐溶液与混合液A均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶100，即将浓度为0.0005mol/L×0.2L的氯化金溶液添加在混合液A中均匀搅拌使之为混合液B，接着将混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时，可选用反应温度为105～120℃，反应时间为4～12小时，优选反应温度为120℃，反应时间为6小时，自然冷却至室温后再用2000～5000转/分的离心机分离反应后的混合液B 5～30分钟，优选10分钟，反应后的混合液B呈粉末状，最后用管道食用水洗净，并置入温度为15～50℃的真空干燥箱中干燥10～24小时，优选干燥温度为30℃，干燥时间为18小时。
实施例4：首先将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶1、即将浓度为0.05mol/L×0.2L的硝酸锌或醋酸锌溶液与浓度为0.025mol/L×0.4L的六次甲基四胺溶液均匀搅拌使之为混合液A，然后再将金盐溶液与混合液A均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶500，即将浓度为0.0001mol/L×0.2L的氯化金溶液添加在混合液A中均匀搅拌使之为混合液B，接着将混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时，可选用反应温度为105～120℃，反应时间为4～12小时，优选反应温度为120℃，反应时间为6小时，自然冷却至室温后再用2000～5000转/分的离心机分离反应后的混合液B 5～30分钟，优选10分钟，反应后的混合液B呈粉末状，最后用管道食用水洗净，并置入温度为15～50℃的真空干燥箱中干燥10～24小时，优选干燥温度为30℃，干燥时间为18小时。
实施例5：首先将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶1、即将浓度为0.05mol/L×0.2L的硝酸锌或醋酸锌溶液与浓度为0.025mol/L×0.4L的六次甲基四胺溶液均匀搅拌使之为混合液A，然后再将金盐溶液与混合液A均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶1000，即将浓度为0.00005mol/L×0.2L的氯化金溶液添加在混合液A中均匀搅拌使之为混合液B，接着将混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时，可选用反应温度为105～120℃，反应时间为4～12小时，优选反应温度为120℃，反应时间为6小时，自然冷却至室温后再用2000～5000转/分的离心机分离反应后的混合液B 5～30分钟，优选10分钟，反应后的混合液B呈粉末状，最后用管道食用水洗净，并置入温度为15～50℃的真空干燥箱中干燥10～24小时，优选干燥温度为30℃，干燥时间为18小时。
实施例6：首先将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶2、即将浓度为0.05mol/L×0.2L的硝酸锌或醋酸锌溶液与浓度为0.05mol/L×0.4L的六次甲基四胺溶液均匀搅拌使之为混合液A，然后再将金盐溶液与混合液A均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶100，即将浓度为0.0005mol/L×0.2L的氯化金溶液添加在混合液A中均匀搅拌使之为混合液B，接着将混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时，可选用反应温度为105～120℃，反应时间为4～12小时，优选反应温度为120℃，反应时间为6小时，自然冷却至室温后再用2000～5000转/分的离心机分离反应后的混合液B 5～30分钟，优选10分钟，反应后的混合液B呈粉末状，最后用管道食用水洗净，并置入温度为15～50℃的真空干燥箱中干燥10～24小时，优选干燥温度为30℃，干燥时间为18小时。
实施例7：首先将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶1、即将浓度为0.05mol/L×0.2L的硝酸锌或醋酸锌溶液与浓度为0.05mol/L×0.4L的六次甲基四胺溶液均匀搅拌使之为混合液A，然后再将金盐溶液与混合液A均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶1000，即将浓度为0.00005mol/L×0.2L的氯化金溶液添加在混合液A中均匀搅拌使之为混合液B，接着将混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时，可选用反应温度为105～120℃，反应时间为4～12小时，优选反应温度为120℃，反应时间为6小时，自然冷却至室温后再用2000～5000转/分的离心机分离反应后的混合液B 5～30分钟，优选10分钟，反应后的混合液B呈粉末状，最后用管道食用水洗净，并置入温度为15～50℃的真空干燥箱中干燥10～24小时，优选干燥温度为30℃，干燥时间为18小时。
实施例8：首先将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶4、即将浓度为0.05mol/L×0.2L的硝酸锌或醋酸锌溶液与浓度为0.1mol/L×0.4L的六次甲基四胺溶液均匀搅拌使之为混合液A，然后再将金盐溶液与混合液A均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶500，即将浓度为0.0001mol/L×0.2L的氯化金溶液添加在混合液A中均匀搅拌使之为混合液B，接着将混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时，可选用反应温度为105～120℃，反应时间为4～12小时，优选反应温度为120℃，反应时间为6小时，自然冷却至室温后再用2000～5000转/分的离心机分离反应后的混合液B 5～30分钟，优选10分钟，反应后的混合液B呈粉末状，最后用管道食用水洗净，并置入温度为15～50℃的真空干燥箱中干燥10～24小时，优选干燥温度为30℃，干燥时间为18小时。
实施例9：首先将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶4、即将浓度为0.05mol/L×0.2L的硝酸锌或醋酸锌溶液与浓度为0.1mol/L×0.4L的六次甲基四胺溶液均匀搅拌使之为混合液A，然后再将金盐溶液与混合液A均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶100，即将浓度为0.0005mol/L×0.2L的氯化金溶液添加在混合液A中均匀搅拌使之为混合液B，接着将混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时，可选用反应温度为105～120℃，反应时间为4～12小时，优选反应温度为120℃，反应时间为6小时，自然冷却至室温后再用2000～5000转/分的离心机分离反应后的混合液B 5～30分钟，优选10分钟，反应后的混合液B呈粉末状，最后用管道食用水洗净，并置入温度为15～50℃的真空干燥箱中干燥10～24小时，优选干燥温度为30℃，干燥时间为18小时。
本发明经日本理学公司D/Max 2550型X射线粉末衍射仪(XRD)在工作条件为管电压40kV、管电流200mA、Cu Kα、扫描区间20°～80°的条件下测试，参见附图，结果如下：
本发明中的锌盐溶液无论选择硝酸锌溶液还是醋酸锌溶液，所得的衍射峰均归属于具有六方纤锌矿型氧化锌和面心立方型的单质金，没有其它杂质峰出现，表明用本发明制备的金纳米颗粒修饰的氧化锌比较纯净。附图为锌盐溶液选择醋酸锌时所制备的金纳米颗粒修饰的氧化锌的XRD图谱。
Claims (7)
1.一种金纳米颗粒修饰氧化锌的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
a、将锌盐溶液与六次甲基四胺溶液均匀搅拌，锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶1～4；
b、在锌盐溶液与六次甲基四胺溶液组成的混合液A中添加金盐溶液并均匀搅拌，金盐溶液与锌盐溶液物质的量的比例为1∶100～1000；
c、将锌盐溶液、六次甲基四胺溶液和金盐溶液组成的混合液B移到反应温度为80～180℃的反应釜中反应2～24小时；
d、自然冷却至常温后分离反应后的混合液B，洗涤，干燥。
2.根据权利要求1所述的一种金纳米颗粒修饰氧化锌的制备方法，其特征在于：锌盐溶液为硝酸锌(Zn(NO3)2)溶液或醋酸锌(Zn(CH3COO)2)溶液。
3.根据权利要求1所述的一种金纳米颗粒修饰氧化锌的制备方法，其特征在于：金盐溶液为氯化金(AuCl3·HCl·4H2O)溶液。
4.根据权利要求1所述的一种金纳米颗粒修饰氧化锌的制备方法，其特征在于：锌盐溶液与六次甲基四胺溶液物质的量的比例为1∶2。
5.根据权利要求1所述的一种金纳米颗粒修饰氧化锌的制备方法，其特征在于：反应温度为105～130℃，反应时间为4～12小时。
6.根据权利要求5所述的一种金纳米颗粒修饰氧化锌的制备方法，其特征在于：反应温度为120℃，反应时间为6小时。
7.根据权利要求1所述的一种金纳米颗粒修饰氧化锌的制备方法，其特征在于：分离采用转速为2000～5000转/分的离心机离心5～30分钟，洗涤为食用管道水清洗，干燥为置入温度为15～50℃的真空干燥箱中10～24小时。
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