CN112142094A - 一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法 - Google Patents

一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法 Download PDF

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薛娟琴
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Abstract

一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法，包括如下步骤：步骤一：将锌盐溶解形成溶液；步骤二：在步骤一得到的溶液中添加尿素搅拌成混合溶液；步骤三：将步骤二搅拌好的混合溶液放进高压反应釜进行水热反应；步骤四：将步骤三反应完的溶液进行离心，洗涤，干燥；步骤五：将步骤四干燥后的粉末进行煅烧。本发明以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装制备出具有优异表面性能和尺寸效应。

Description

一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装 方法
技术领域
本发明涉及纳米氧化锌光催化材料技术领域，特别涉及一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法。
背景技术
纳米材料是一种介于分子、原子和宏观微粒之间，具有纳米尺寸的材料。纳米氧化锌由于其特殊的尺寸而广泛应用于光催化领域。其中纳米氧化锌的表面效应和尺寸效应决定其光催化性能。表面效应是指：纳米粒子表面原子与总原子数之比随着粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。随粒径减小，表面原子数迅速增加。另外，随着粒径的减小，纳米粒子的表面积、表面能的都迅速增加，因而表现出很大的化学和催化活性；量子尺寸效应是指：粒子尺寸下降到一定值时，费米能级接近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。半导体纳米粒子的电子态由体相材料的连续能带随着尺寸的减小过渡到具有分立结构的能级，表现在吸收光谱上就是从没有结构的宽吸收带过渡到具有结构的吸收特性。
光催化材料一直寻求一种高比表面积和小粒径尺寸的形貌。高比面积有利于材料具有更多的活性位点，小粒径尺寸可大大抑制光催化应用中电子-空穴复合速率，从而提高光催化性能。目前利用水溶液，在不添加结构导向剂下所制备出来的氧化锌粒径和尺寸较大，导致光催化应用中体相的电子和空穴复合较快。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法，以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装制备出具有优异表面性能和尺寸效应。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法，包括如下步骤：
步骤一：
将锌盐溶解形成溶液；
步骤二：
在步骤一得到的溶液中添加尿素搅拌成混合溶液；
步骤三：
将步骤二搅拌好的混合溶液放进高压反应釜进行水热反应；
步骤四：
将步骤三反应完的溶液进行离心，洗涤，干燥；
步骤五：
将步骤四干燥后的粉末进行煅烧，得到纳米ZnO自组装的材料。
所述步骤一中的锌盐为硝酸锌水合物或醋酸锌水合物，所述步骤一中所采用的溶液为聚乙二醇。
所述步骤二中添加一定量的尿素使混合溶液中尿素浓度为0.1±0.05M，锌盐溶解于聚乙二醇溶液中，两者之间无比例量的要求。
所述步骤三中所述水热反应温度为180℃～240℃，反应时间为600～720min。
所述步骤四中所述离心速度为8000rpm，离心时间为6min，并采用去离子水和乙醇洗涤。
所述步骤四中所述干燥温度为60℃，干燥时间为360min。
所述步骤五中所述煅烧温度为500℃，保温时间为180min。
所述锌盐与尿素摩尔比1：(1—10)。
本发明的有益效果：
本发明采用原料廉价，简单易得，无污染，本发明不添加任何结构导向剂。发明方法操作易得，设备简单。
本发明利用不同的锌盐原料可实现不同结构纳米氧化锌的自组装的可控制备。
本发明所制备的纳米氧化锌具有高比表面积和小粒径尺寸，有利于光催化应用中活性位点的利用，且有效抑制体相载流子的复合，从而提高光催化效率。
从SEM图片中所制备的单个ZnO纳米材料具有很小的尺寸，其进而组装为大的球形,而且其表面粗糙，故有高比表面积和小粒径尺寸。
本发明利用水热法。如果采用醋酸锌水合物为锌源所制备的ZnO呈现尺寸较小短纤维状，且其自发组装为球形颗粒。以硝酸锌水合物为锌源所制备的ZnO自发的由纳米小颗粒组装为球体。所以原料的选择对后期产物的形貌具有可控性。
附图说明
图1为采用上述步骤所制备的不同结构纳米氧化锌的自组装催化材料的SEM图。
图2为采用上述步骤所制备的不同结构纳米氧化锌的自组装催化材料的亚甲基蓝废水降解性能图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
为了进一步理解本发明，下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
案例一：取3mmol醋酸锌溶解于30mL聚乙二醇溶液中搅拌均匀，向搅拌后的溶液中加入4mmol尿素继续搅拌120min,将搅拌完成的溶液转移至水热反应釜中，放置于烘箱中，设置温度为200℃，反应时间600min.取出水热反应完的产物于离心机中8000rpm离心得到沉淀物，对沉淀物采用蒸馏水洗涤三次，乙醇洗涤两次后放入60℃烘箱中干燥360min。取干燥好的产物置于马弗炉中，调节温度为500℃，保温180min。得到ZnO短纤维状，且其自发组装为球形颗粒。
案例二：取3mmol硝酸锌溶解于30mL聚乙二醇溶液中搅拌均匀，向搅拌后的溶液中加入4mmol尿素继续搅拌120min,将搅拌完成的溶液转移至水热反应釜中，放置于烘箱中，设置温度为200℃，反应时间600min.取出水热反应完的产物于离心机中8000rpm离心得到沉淀物，对沉淀物采用蒸馏水洗涤三次，乙醇洗涤两次后放入60℃烘箱中干燥360min。取干燥好的产物置于马弗炉中，调节温度为500℃，保温180min。得到ZnO短纤维状，且其自发组装为球形颗粒。
案例三：取3mmol硝酸锌溶解于30mL聚乙二醇溶液中搅拌均匀，向搅拌后的溶液中加入4mmol尿素继续搅拌120min,将搅拌完成的溶液转移至水热反应釜中，放置于烘箱中，设置温度为180℃，反应时间720min.取出水热反应完的产物于离心机中8000rpm离心得到沉淀物，对沉淀物采用蒸馏水洗涤三次，乙醇洗涤两次后放入60℃烘箱中干燥360min。取干燥好的产物置于马弗炉中，调节温度为500℃，保温180min。得到ZnO短纤维状，且其自发组装为球形颗粒。
案例四：取3mmol硝酸锌溶解于30mL聚乙二醇溶液中搅拌均匀，向搅拌后的溶液中加入4mmol尿素继续搅拌120min,将搅拌完成的溶液转移至水热反应釜中，放置于烘箱中，设置温度为240℃，反应时间720min.取出水热反应完的产物于离心机中8000rpm离心得到沉淀物，对沉淀物采用蒸馏水洗涤三次，乙醇洗涤两次后放入60℃烘箱中干燥360min。取干燥好的产物置于马弗炉中，调节温度为500℃，保温180min。得到ZnO短纤维状，且其自发组装为球形颗粒。
如图1所示：(a)为以醋酸锌水合物为锌源所制备的材料，由图可以看出ZnO呈现尺寸较小短纤维状，且其自发组装为球形颗粒。(b)为以硝酸锌水合物为锌源所制备的材料，由图可以看出ZnO自发的由纳米小颗粒组装为球体。
本方法采用原料简单，不添加结构导向剂，制备条件可行。
不同的锌盐原料所制备的ZnO具有不同的形貌。
所制备的ZnO具有两种不同的形貌，其中以醋酸锌水合物为原料盐的ZnO为纳米短纤维组成的球形颗粒，以硝酸锌水合物为原料盐的ZnO为纳米球形小颗粒组成的球形。采用尿素作为pH调节剂。
案例一：光催化降解亚甲基蓝染料废水；
取50mg本发明所制备的不同结构纳米氧化锌的自组装催化材料溶解于100mL,浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液中，将混合溶液暗搅拌30min,达到吸附平衡后，将其置于氙灯光源下，每20min取4mL样品，在紫外分光光度计下测量其吸光度。
图2为采用上述步骤所制备的不同结构纳米氧化锌的自组装催化材料的亚甲基蓝废水降解性能图，根据图我们可以看出120min时两种不同结构纳米氧化锌的自组装催化材料的降解性能均大于80％，明显优于之前文献中报道的大尺寸块状ZnO。

Claims (8)

1.一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：
将锌盐溶解形成溶液；
步骤二：
在步骤一得到的溶液中添加尿素搅拌成混合溶液；
步骤三：
将步骤二搅拌好的混合溶液放进高压反应釜进行水热反应；
步骤四：
将步骤三反应完的溶液进行离心，洗涤，干燥；
步骤五：
将步骤四干燥后的粉末进行煅烧，得到纳米ZnO自组装材料。
2.根据权利要求1所述的一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法，其特征在于，所述步骤一中的锌盐为硝酸锌水合物和醋酸锌水合物，所述步骤一中所采用的溶液为聚乙二醇。
3.根据权利要求1所述的一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法，其特征在于，所述步骤二中添加一定量的尿素使混合溶液中尿素浓度为0.1±0.05M。
4.根据权利要求1所述的一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法，其特征在于，所述步骤三中所述水热反应温度为180℃～240℃，反应时间为600～720min。
5.根据权利要求1所述的一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法，其特征在于，所述步骤四中所述离心速度为8000rpm，离心时间为6min，并采用去离子水和乙醇洗涤。
6.根据权利要求1所述的一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法，其特征在于，所述步骤四中所述干燥温度为60℃，干燥时间为360min。
7.根据权利要求1所述的一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法，其特征在于，所述步骤五中所述煅烧温度为500℃，保温时间为180min。
8.根据权利要求1所述的一种以不同锌盐原料可控制备不同结构纳米氧化锌的自组装方法，其特征在于，所述锌盐与尿素摩尔比1：(1—10)。
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