CN109748317A - 一种氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，用三嵌段共聚物P123获得分散溶液，将六水合硝酸锌、氟化铵和氢氧化钠按顺序加入到分散溶液中，搅拌混合均匀，水热反应若干时间，洗涤、烘干得氟化氢氧化锌纳米材料；其中，通过控制加入三嵌段共聚物P123的添加量，或改变水热反应的温度或/和时间，实现可控制备形貌多样的氟化氢氧化锌纳米材料。本发明通过简单的改变P123浓度和反应温度、时间来调控制备多种形貌的氟化氢氧化锌纳米材料，制备方法简单易行，适合产业化，制备的纳米材料光催化降解效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，属于纳米材料制备和光催化技术领域。
背景技术
纳米材料由于其独特的物理、化学性质而受到广泛关注，其中纳米材料的可控合成是纳米材料领域的研究热点之一。
氟化氢氧化锌（ZnOHF）作为一种重要的锌基纳米材料，不仅是合成特殊形貌氧化锌（ZnO）纳米材料的重要前驱体，而且是一种有效光催化分解有机染料和催化合成吡啶的有效催化剂。众所周知，纳米材料的化学和物理特性强烈依赖于其形态、维度、尺寸和表面等性质。发展纳米材料的可控制备方法对于纳米材料的理论发展和实际应用都有着重大意义。
目前，多种制备方法被用来合成ZnOHF纳米材料，包括水热方法，液相合成法，电化学方法和微波辐射法等。上述方法也产生了一系列ZnOHF纳米结构，如纳米棒，网状，花状，带状等形貌。然而，关于如何采用一种简单高效及相对温和实验条件的路径可控合成ZnOHF不同形貌纳米结构仍然是一个重大挑战。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，该合成方法简单，成本低廉，所得氟化氢氧化锌纳米材料形貌丰富多样并且可控，同时，本发明还公开了这种形貌可控氟化氢氧化锌纳米材料在光催化领域上的应用。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，用三嵌段共聚物P123获得分散溶液，将六水合硝酸锌、氟化铵和氢氧化钠按顺序加入到分散溶液中，搅拌混合均匀，水热反应若干时间，洗涤、烘干得氟化氢氧化锌纳米材料；其中，通过控制加入三嵌段共聚物P123的添加量，或改变水热反应的温度或/和时间，实现可控制备形貌多样的氟化氢氧化锌纳米材料。
进一步的，所述可控合成方法的具体步骤包括：
步骤1，将三嵌段共聚物P123均匀分散到装有去离子水的聚四氟乙烯反应釜中；
步骤2，将一定质量的六水合硝酸锌、氟化铵和氢氧化钠先后加入步骤1的溶液中，搅拌使其均匀混合；
步骤3，将反应釜密封，设定水热反应的温度和时间，待反应后，通过去离子水洗涤、烘干即得氟化氢氧化锌纳米材料。
进一步的，所述水热反应的温度为100～140℃，时间6～12h。
更进一步的，所述三嵌段共聚物P123与氢氧化钠的质量比为2.5～10:1。
进一步的，所述水热反应的温度为140℃，时间6h，三嵌段共聚物P123与氢氧化钠的质量比为5:1。
进一步的，所述氟化氢氧化锌纳米材料投入刚果红溶液中，紫外光照射10分钟后，对刚果红的降解率超过53%；光照30分钟时，降解率达到100%。
更进一步的，所述氟化氢氧化锌纳米材料放进马弗炉中，在800℃，焙烧2小时，自然冷却后，制备的ZnO用于光催化降解有机污染物刚果红，将制备的ZnO投入刚果红溶液中，在光照10分钟时，对刚果红的降解率达到86%；光照20分钟时，降解率高到100%。
本发明的有益技术效果是：通过改变三嵌段共聚物P123的浓度和反应温度、时间来调控制备多种形貌的氟化氢氧化锌纳米材料，制备方法简单易行，适合产业化，制备的纳米材料光催化降解效果好。
附图说明
下面结合附图和实施实例对本发明做进一步的阐述。
图1为本发明实施例1所得ZnOHF纳米材料的FESEM图；
图2为本发明实施例2所得ZnOHF纳米材料的FESEM图；
图3为本发明实施例3所得ZnOHF纳米材料的FESEM图；
图4为本发明实施例4所得ZnOHF纳米材料的FESEM图；
图5为本发明实施例5所得ZnOHF纳米材料的FESEM图；
图6为本发明实施例6所得ZnOHF纳米材料的FESEM图；
图7为本发明实施例7所得ZnO纳米材料的FESEM图；
图8为本发明实施例1方法所制ZnOHF纳米材料和实施例7方法所制ZnO纳米材料的XRD谱图；
图9为本发明实施例1方法所制ZnOHF纳米材料和实施例7方法所制ZnO纳米材料光催化降解刚果红的曲线图。
具体实施方式
一种氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，用三嵌段共聚物P123获得分散溶液，将六水合硝酸锌、氟化铵和氢氧化钠按顺序加入到分散溶液中，搅拌混合均匀，水热反应若干时间，洗涤、烘干得氟化氢氧化锌纳米材料；其中，通过控制加入三嵌段共聚物P123的添加量，或改变水热反应的温度或/和时间，实现可控制备形貌多样的氟化氢氧化锌纳米材料。
实施例1
按如下步骤制备氟化氢氧化锌纳米材料：
步骤1，将1g的P123均匀分散到装有80ml去离子水的聚四氟乙烯反应釜中；
步骤2，将0.6g六水合硝酸锌、0.8g氟化铵和0.2g氢氧化钠先后加入步骤1的溶液中，搅拌使其均匀混合；
步骤3，将反应釜密封，水热140℃，6小时之后，通过去离子水洗涤、烘干即得氟化氢氧化锌纳米材料。
三嵌段共聚物P123 全称：聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，其分子式为PEO-PPO-PEO。
对实施例1制备的氟化氢氧化锌纳米材料进行表征，结果如图1和图9所示。其中，图1为实施例1所得氟化氢氧化锌纳米材料的场发射扫描电镜（FESEM）照片，制备的ZnOHF呈现草席状：即其是由一维（1D）纳米带交叉重叠形成二维（2D）片状的分级结构。
图8为实施例1所得氟化氢氧化锌纳米材料的X射线衍射图（XRD），制备的ZnOHF的衍射峰与标准样品的XRD衍射峰完全一致（JCPDS号：74-1816）。
实施例2
参照实施例1的制备方法，不同之处在于：步骤3中的水热反应时间设定为12小时。如图2所示，所制备的ZnOHF纳米材料则是由末端弯曲的1D纳米带组成。
实施例3
参照实施例1的制备方法，不同之处在于：步骤1中加入2g的P123；步骤3的水热温度和时间分别为100℃和6小时。
如图3所示，所制备的ZnOHF纳米材料是由2D矩形纳米片。
实施例4
参照实施例3的制备方法，不同之处在于：步骤3的水热反应时间设定为12小时。
如图4所示，所制备的ZnOHF纳米材料是由超长1D纳米线构成。
实施例5
参照实施例3的制备方法，不同之处在于：步骤3的水热温度设定为140℃。
如图5所示，所制备的ZnOHF纳米材料是由1D纳米带交错重叠形成的2D纳米片再交叉生长形成的3D结构构成。
实施例6
参照实施例3的制备方法，不同之处在于：步骤3的水热温度设定为140℃，反应时间设定为12小时。
如图6所示，所制备的ZnOHF纳米材料是由1D纳米线和2D纳米片形成的无规则团簇混合而成。
从实施例1-6所制备的不同结构的ZnOHF纳米材料，这些结构均有利于光催化降解，发明人发现三嵌段共聚物P123在水热反应的温度为100～140℃，时间6～12h，三嵌段共聚物P123与氢氧化钠的质量比为2.5～10:1时，能够有效的产生不同结构的ZnOHF纳米材料，并且所制备的这些ZnOHF纳米材料对于光催化降解具有极好的降解效果。
实施例7
将实施例1所得的ZnOHF样品，放进马弗炉内，温度设定800℃，焙烧2小时，马弗炉自然冷却后，即得所制备的ZnO样品。
如图7所示，所制备的ZnO纳米材料为纯相六方相ZnO（JCPDS：36-1451），根据谢乐公式计算得其平均粒径约20nm。
本实施例为实施例1的应用例。
实验对比例
将本发明实施例1合成的ZnOHF样品和实施例7合成的ZnO样品用于光催化降解有机污染物刚果红，将实施例1合成的ZnOHF样品和实施例7合成的ZnO样品降解刚果红溶液，结果如图9所示，紫外光照射10分钟后，ZnOHF对刚果红的降解率超过53%；光照30分钟时，降解率达到100%。
由此前驱体制备的ZnO，在光照10分钟时，对刚果红的降解率达到86%；光照20分钟时，降解率高到100%。光催化降解实验表明不仅ZnOHF纳米材料对有机污染物有较好的光催化降解效果，而且以ZnOHF纳米材料为前驱体的确是制备高催化活性ZnO纳米材料的有效方法。
从上述结果可知，本发明可以通过简单的改变浓度和反应温度、时间来调控制备多种形貌的氟化氢氧化锌ZnOHF纳米材料，其光催化降解效果好，制备方法简单，易行，适合产业化。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，其特征在于：用三嵌段共聚物P123获得分散溶液，将六水合硝酸锌、氟化铵和氢氧化钠按顺序加入到分散溶液中，搅拌混合均匀，水热反应若干时间，洗涤、烘干得氟化氢氧化锌纳米材料；其中，通过控制加入三嵌段共聚物P123的添加量，或改变水热反应的温度或/和时间，实现可控制备形貌多样的氟化氢氧化锌纳米材料。
2.根据权利要求1所述的氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，其特征在于：
具体步骤包括：
步骤1，将三嵌段共聚物P123均匀分散到装有去离子水的聚四氟乙烯反应釜中；
步骤2，将一定质量的六水合硝酸锌、氟化铵和氢氧化钠先后加入步骤1的溶液中，搅拌使其均匀混合；
步骤3，将反应釜密封，设定水热反应的温度和时间，待反应后，通过去离子水洗涤、烘干即得氟化氢氧化锌纳米材料。
3.根据权利要求1所述的氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，其特征在于：所述水热反应的温度为100～140℃，时间6～12h。
4.根据权利要求3所述的氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，其特征在于：所述三嵌段共聚物P123与氢氧化钠的质量比为2.5～10:1。
5.根据权利要求4所述的氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，其特征在于：所述水热反应的温度为140℃，时间6h，三嵌段共聚物P123与氢氧化钠的质量比为5:1。
6.根据权利要求5所述的氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，其特征在于：所述氟化氢氧化锌纳米材料投入刚果红溶液中，紫外光照射10分钟后，对刚果红的降解率超过53%；光照30分钟时，降解率达到100%。
7.根据权利要求5所述的氟化氢氧化锌纳米材料的可控合成方法，其特征在于：所述氟化氢氧化锌纳米材料放进马弗炉中，在800℃，焙烧2小时，自然冷却后，制备的ZnO用于光催化降解有机污染物刚果红，将制备的ZnO投入刚果红溶液中，在光照10分钟时，对刚果红的降解率达到86%；光照20分钟时，降解率高到100%。
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