CN107540010B - 一种ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法 - Google Patents
一种ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107540010B CN107540010B CN201710862318.4A CN201710862318A CN107540010B CN 107540010 B CN107540010 B CN 107540010B CN 201710862318 A CN201710862318 A CN 201710862318A CN 107540010 B CN107540010 B CN 107540010B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- zno
- sio
- shell nanospheres
- core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 title claims abstract description 33
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 64
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 15
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 10
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 239000002671 adjuvant Substances 0.000 claims description 6
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011686 zinc sulphate Substances 0.000 claims description 6
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 5
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000035572 chemosensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000011549 displacement method Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229910052571 earthenware Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000593 microemulsion method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000011020 pilot scale process Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明属于纳米材料合成与制备领域,具体涉及一种ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法。按一定比例混合100‑500目大小的Mg粉、硅铁合金粉、ZnSO4粉、WO3粉、Zn粉和Fe2O3粉,并将混合好的粉末放入碳化硅石墨坩埚中用KClO3粉末和镁带引燃。待坩埚内粉末燃烧反应结束后,即可从事先放置于坩埚上方的耐热钢板表面收集到粘附于其上的ZnO@SiO2多核核壳纳米球。采用本发明方法来制备ZnO@SiO2多核核壳纳米球,设备要求低、生产效率高、操作简单、单批次产出总量高、加工过程环保无污染,所得ZnO@SiO2多核核壳纳米球纯度高、品质优良,极具工业推广价值。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料合成与制备领域,具体涉及一种ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法。
背景技术
ZnO是一种宽带隙(大于3.2eV)、高激子束缚能(60meV)、低阈值电压的重要Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体材料。纳米级别的ZnO颗粒更是因为小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应而呈现出许多特殊性能,如导电、光致发光、光催化、吸波、抗菌等,已被广泛应用于太阳能电池、气敏元器件、压敏元器件、污水处理、生物医药、涂料等诸多领域。因ZnO纳米颗粒表面的化学环境对其性能有着显著影响,通常使用时需先对其进性表面改性处理。纳米SiO2表面带有大量羟基和吸附的水分子,微孔多、比表面积大,具有优越的增稠性、稳定性、触变性、广谱光反射性和补强性。利用SiO2对ZnO纳米颗粒进行包覆处理,制得ZnO@SiO2核壳纳米球,不仅实现了ZnO纳米颗粒的表面改性,更通过核与壳的功能复合与互补,获得性能更加优异的纳米颗粒。
目前,ZnO@SiO2核壳纳米球的合成与制备方法主要包括:水热法、微乳液法、溶胶凝胶法、种子沉积法、电化学法、表面反应法、模版法、自组装法、置换法、超声化学法等。这些方法制得的ZnO@SiO2核壳纳米球分散性好、纯度高、颗粒分布均匀,但制备工艺繁复、操作经验要求高、单批次产出总量低,且往往需要对最终产物或中间产物进行清洗,排出大量污染性废液,难以满足当前大规模生产的工业要求,当前多局限于实验室研究或中试研究中使用。
为了满足低成本、高效、绿色环保的现代工业化规模生产要求,需要提出一种新的ZnO@SiO2核壳纳米球制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有ZnO@SiO2核壳纳米球制备技术的不足,提供了一种简单高效、绿色环保、成本低且产物纯净的ZnO@SiO2核壳纳米球制备方法。
本发明提供的ZnO@SiO2多核核壳纳米球制备方法,通过如下步骤实现:
步骤(1),按照质量份数分别为Mg粉10.6-18.9份,硅铁合金粉19.3-25.1份,ZnSO4粉 44.8-50.4份,WO3粉5.5-10.7份,Zn粉3.2-7.6份,Fe2O3粉0-3.9份的比例称取100-500目大小的 Mg粉、硅铁合金粉、ZnSO4粉、WO3粉、Zn粉和Fe2O3粉,并将其均匀混合,放入碳化硅石墨坩埚中;
步骤(2),在碳化硅石墨坩埚上方放置一块耐热钢板;
步骤(3),在碳化硅石墨坩埚内的混合粉末表面,靠近中间位置铺撒KClO3粉末作为助燃剂;
步骤(4),将镁带作为导火索插入铺撒有KClO3粉末的混合粉末;
步骤(5),点燃镁带使其诱导混合粉末发生固态燃烧反应;
步骤(6),反应结束后,在碳化硅石墨坩埚上方的耐热钢板上收集附着于其上的ZnO@SiO2多核核壳纳米球。
优选地,所述的耐热钢板位于碳化硅石墨坩埚上方1-1.6m处。
优选地,所述硅铁合金粉的牌号为TFeSi75-A。
所得ZnO@SiO2多核核壳纳米球的直径在约76nm-154nm之间;所得的纳米球内核直径分布在约2nm-15nm之间。
一种ZnO@SiO2多核核壳纳米球,采用上述制备方法制备得到,所述ZnO@SiO2多核核壳纳米球的直径在76nm-154nm之间,所述ZnO@SiO2多核核壳纳米球的内核直径分布在2nm-15nm之间。
在该反应过程中,Mg粉、硅铁合金粉(TFeSi75-A)、ZnSO4粉、WO3粉和Fe2O3粉之间发生了剧烈而复杂的固态燃烧反应并释放大量热量。反应产物SiO2受热熔融,并在重力作用下上浮聚集于反应体系表面。反应产物Zn连同原料粉末中的Zn粉受热气化并向上逸出,在穿越熔融SiO2层时,被SiO2裹挟、包覆。包覆有SiO2的Zn离开反应体系后在空气中继续向上运动,并迅速冷却、氧化,最终形成ZnO@SiO2多核核壳纳米球粘附于碳化硅石墨坩埚上方的耐热钢板表面。所涉及的相关化学反应有:
9Mg+2[FeSi6]+6ZnSO4+WO3=6MgS+3MgO+12SiO2+W+6Zn+2Fe。
与常规铝热反应相比,选用镁热反应完成产物制备,能够获得更大的反应放热,利于反应产物Zn的气化。
ZnSO4粉作为Zn的主要来源,相对于直接采用Zn或者ZnO具有成本更低的优点。
WO3在反应生成W的过程中放出大量热,同时生成的W熔点高,在Zn气化逸出的过程中不会对其产生污染。
本发明所涉方法的主要优点和有益效果在于:设备要求及生产成本低、生产效率高、操作简单、单批次产出总量高、加工过程环保无污染。制得的ZnO@SiO2多核核壳纳米球纯度高、粒径分布均匀,具有良好的化学敏感性、光催化性、光致发光性、抗菌性和吸波性。
附图说明
图1是本发明的制备方法所采用的装置图;
图2是本发明实施例2所得ZnO@SiO2多核核壳纳米球的透射电子显微镜照片。
附图标注:
1,耐热钢板;2,镁带;3,助燃剂;4,碳化硅石墨坩埚;5,原料粉末。
具体实施方式
通过以下实施例的说明将有助于理解本发明,但并不限制本发明的内容。
实施例1
首先,称取质量分数分别为18.9%、19.3%、44.8%、5.5%、7.6%和3.9%的500目大小的 Mg粉、硅铁合金粉(TFeSi75-A)、ZnSO4粉、WO3粉、Zn粉和Fe2O3粉,并将其均匀混合,放入碳化硅石墨坩埚4中。然后,在碳化硅石墨坩埚4上方1.6m处放置一块耐热钢板1。最后,在碳化硅石墨坩埚4内的混合粉末表面,靠近中间位置铺撒助燃剂3KClO3粉末,并在其上插入镁带2,如图1所示。点燃镁带2使其诱导混合原料粉末5发生固态燃烧反应。待反应结束后,在耐热钢板1上收集附着于其上的ZnO@SiO2多核核壳纳米球。对所得纳米球进行TEM、SEM 观察和XRD、EDS分析,结果表明:所得ZnO@SiO2多核核壳纳米球仅含Zn、Si和O三种元素,纯度较高;纳米球直径分布在约90nm-141nm之间;纳米球内核直径分布在约3nm-11nm之间。
实施例2
首先,称取质量分数分别为14.8%、22.2%、47.6%、8.1%、5.4%和1.9%的200目大小的 Mg粉、硅铁合金粉(TFeSi75-A)、ZnSO4粉、WO3粉、Zn粉和Fe2O3粉,并将其均匀混合,放入碳化硅石墨坩埚4中。然后,在碳化硅石墨坩埚4上方1.3m处放置一块耐热钢板1。最后,在碳化硅石墨坩埚4内的混合粉末表面,靠近中间位置铺撒助燃剂3KClO3粉末,并在其上插入镁带2,如图1所示。点燃镁带2使其诱导原料粉末5发生固态燃烧反应。待反应结束后,在耐热钢板1上收集附着于其上的ZnO@SiO2多核核壳纳米球。对所得纳米球进行TEM、SEM观察和XRD、EDS分析,结果表明:所得ZnO@SiO2多核核壳纳米球仅含Zn、Si和O三种元素,纯度较高;纳米球直径分布在约87nm-154nm之间;纳米球内核直径分布在约2nm-12nm之间,如图2所示。
实施例3
首先,称取质量分数分别为10.6%、25.1%、50.4%、10.7%、3.2%的100目大小的Mg粉、硅铁合金粉(TFeSi75-A)、ZnSO4粉、WO3粉、Zn粉,并将其均匀混合,放入碳化硅石墨坩埚4中。然后,在碳化硅石墨坩埚4上方1m处放置一块耐热钢板1。最后,在碳化硅石墨坩埚4内的混合粉末表面,靠近中间位置铺撒助燃剂3KClO3粉末,并在其上插入镁带2,如图1所示。点燃镁带2使其诱导原料粉末5发生固态燃烧反应。待反应结束后,在耐热钢板1上收集附着于其上的ZnO@SiO2多核核壳纳米球。对所得纳米球进行TEM、SEM观察和XRD、EDS分析,结果表明:所得ZnO@SiO2多核核壳纳米球仅含Zn、Si和O三种元素,纯度较高;纳米球直径分布在约76nm-138nm之间;纳米球内核直径分布在约3nm-15nm之间。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤(1),按照质量份数分别为Mg粉10.6-18.9份,硅铁合金粉19.3-25.1份,ZnSO4粉44.8-50.4份,WO3粉5.5-10.7份,Zn粉3.2-7.6份,Fe2O3粉0-3.9份的比例称取100-500目大小的Mg粉、硅铁合金粉、ZnSO4粉、WO3粉、Zn粉和Fe2O3粉,并将其均匀混合,放入碳化硅石墨坩埚中;
步骤(2),在碳化硅石墨坩埚上方放置一块耐热钢板;
步骤(3),在碳化硅石墨坩埚内的混合粉末表面,铺撒KClO3粉末作为助燃剂;
步骤(4),将镁带作为导火索插入铺撒有KClO3粉末的混合粉末中;
步骤(5),点燃镁带使其诱导混合粉末发生固态燃烧反应;
步骤(6),反应结束后,在碳化硅石墨坩埚上方的耐热钢板上收集附着于其上的ZnO@SiO2多核核壳纳米球。
2.根据权利要求1所述的ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法,其特征在于,所述的耐热钢板位于碳化硅石墨坩埚上方1-1.6m处。
3.根据权利要求1所述的ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法,其特征在于,所述硅铁合金粉的牌号为TFeSi75-A。
4.根据权利要求1所述的ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法,其特征在于,所得的ZnO@SiO2多核核壳纳米球的直径在76nm-154nm之间,所得的ZnO@SiO2多核核壳纳米球内核直径分布在2nm-15nm之间。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710862318.4A CN107540010B (zh) | 2017-09-21 | 2017-09-21 | 一种ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710862318.4A CN107540010B (zh) | 2017-09-21 | 2017-09-21 | 一种ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107540010A CN107540010A (zh) | 2018-01-05 |
CN107540010B true CN107540010B (zh) | 2019-02-26 |
Family
ID=60964245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710862318.4A Active CN107540010B (zh) | 2017-09-21 | 2017-09-21 | 一种ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107540010B (zh) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006038518A1 (de) * | 2006-08-17 | 2008-02-21 | Evonik Degussa Gmbh | Umhüllte Zinkoxidpartikel |
DE102006051634A1 (de) * | 2006-11-02 | 2008-05-08 | Evonik Degussa Gmbh | Oberflächenmodifizierte Zink-Silicium-Oxidpartikel |
EP2305607A4 (en) * | 2008-07-07 | 2011-09-07 | Asahi Glass Co Ltd | PARTICLE WITH C UR-ENVELOPE STRUCTURE AND PROCESS FOR PRODUCING A C UR-ENVELOPE STRUCTURE PARTICLE |
CN102732248A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-10-17 | 复旦大学 | 一种核壳型氧化锌-二氧化硅纳米粒子及其制备方法和应用 |
-
2017
- 2017-09-21 CN CN201710862318.4A patent/CN107540010B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107540010A (zh) | 2018-01-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Huang et al. | Bifunctional Au@ TiO2 core–shell nanoparticle films for clean water generation by photocatalysis and solar evaporation | |
Luo et al. | Preparation of porous micro–nano-structure NiO/ZnO heterojunction and its photocatalytic property | |
Kundu et al. | Influence of precursor concentration, surfactant and temperature on the hydrothermal synthesis of CuS: structural, thermal and optical properties | |
Compagnini et al. | Laser synthesis of Au/Ag colloidal nano-alloys: Optical properties, structure and composition | |
Zhou et al. | Metal-free carbon nanotube–SiC nanowire heterostructures with enhanced photocatalytic H 2 evolution under visible light irradiation | |
CN103991899B (zh) | 一种多孔花状氧化锡微纳结构的制备方法 | |
CN105347401B (zh) | 一种可控制备单分散介孔二硫化钼纳米球的方法 | |
CN108584969A (zh) | 水化硅酸钙纳米片制备方法 | |
Peng et al. | Facile synthesis and characterization of halloysite@ W18O49 nanocomposite with enhanced photocatalytic properties | |
Maiti et al. | Novel low temperature synthesis of ZnO nanostructures and its efficient field emission property | |
Li et al. | Facile fabrication of FeP/CdS for H2 evolution | |
CN107540010B (zh) | 一种ZnO@SiO2多核核壳纳米球的制备方法 | |
Zou et al. | Ultrasound-assisted synthesis of CuO nanostructures templated by cotton fibers | |
Zhang et al. | Hydrothermal synthesis and methylene blue adsorption performance of novel 3D hierarchical Li2Si2O5 hydrate particles | |
CN107555466B (zh) | 一种氧化铜纳米纤维的制备方法 | |
Cheng et al. | Preparation of aluminum borate nanowires | |
CN102874863A (zh) | 一种氧化锌纳米颗粒的合成方法 | |
Chen et al. | Synthesis and properties of carbon-coated metal nanomaterials modified Li2SrSiO4: Eu3+ phosphors | |
CN101941677A (zh) | 一种氧化锰表面改性的氧化锌纳米棒材的制备方法 | |
CN103214024B (zh) | 一种红毛丹状ZnO多级纳米空心球及其制备方法 | |
CN102284263B (zh) | 一种Sn02/Si02核壳纳米球的合成方法 | |
CN101857261A (zh) | 一种纳米Ce(OH)3粉末的制备方法 | |
CN108117052A (zh) | 一种二维介孔(GaN)1-x(ZnO)x固溶体纳米材料及其制备方法 | |
He et al. | Biologically formed hollow cuprous oxide microspheres | |
Bo et al. | Controlled growth of biomorphic CuO via an one-step thermal decomposition on biotemplates |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |