CN116177590A - 纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法 - Google Patents
纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116177590A CN116177590A CN202310294690.5A CN202310294690A CN116177590A CN 116177590 A CN116177590 A CN 116177590A CN 202310294690 A CN202310294690 A CN 202310294690A CN 116177590 A CN116177590 A CN 116177590A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- zno micro
- sheets
- structural material
- cross growth
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 39
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 27
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 claims abstract description 27
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 claims abstract description 24
- FAGUFWYHJQFNRV-UHFFFAOYSA-N tetraethylenepentamine Chemical compound NCCNCCNCCNCCN FAGUFWYHJQFNRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 21
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 16
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 16
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 11
- IQFVPQOLBLOTPF-HKXUKFGYSA-L congo red Chemical compound [Na+].[Na+].C1=CC=CC2=C(N)C(/N=N/C3=CC=C(C=C3)C3=CC=C(C=C3)/N=N/C3=C(C4=CC=CC=C4C(=C3)S([O-])(=O)=O)N)=CC(S([O-])(=O)=O)=C21 IQFVPQOLBLOTPF-HKXUKFGYSA-L 0.000 claims description 9
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 8
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 4
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 3
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 claims 1
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 claims 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 9
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 4
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 description 1
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 description 1
- 239000002060 nanoflake Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 229920000428 triblock copolymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G9/00—Compounds of zinc
- C01G9/02—Oxides; Hydroxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/06—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of zinc, cadmium or mercury
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，配制一定浓度四乙撑五胺水溶液作为水相备用，将硫酸锌加入正戊醇中配制一定浓度硫酸锌的正戊醇溶液作为有机相备用，将水相加入到反应釜的聚四氟乙烯内胆中，并加入有机相，两相反应体系在反应釜中于110‑140℃下反应12‑18h，产物冷却至室温后离心分离并离心洗涤沉淀，得到纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料。本发明无需模板、晶种或焙烧等复杂的操作条件，一步即可制备出形貌均一、结构稳定、表面清洁的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料，该材料具有较高的稳定性和自支撑特性，作为光催化剂有利于反应物种的有效接触和快速传输，大大提高了其催化活性。
Description
技术领域
本发明涉及无机纳米材料制备技术领域，具体涉及一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法。
背景技术
ZnO广泛应用于催化、硅酸盐制品、电池、光学材料等的使用和制备中。在催化方面，尺寸越小的ZnO纳米粒子，其比表面积越大，活性位点越多，这有利于其更高的催化活性。但是，纳米粒子越小，其表面能越大，纳米粒子越发活泼。为了降低表面能，这些纳米粒子易于发生聚集、熔接并生长成更大的粒径。其催化活性随粒径的增大而逐渐降低，其稳定持久性也大大降低。
要解决上述问题，两种方法可行，一种方法是使用载体，将制备出的较小的ZnO纳米粒子再负载到载体上，阻止其团聚。但这种方法通常需要分步操作，需要高温焙烧等，操作过程复杂、耗能。另一种方法是制备出纳米尺寸的ZnO单元，由其构建出复杂的多级微纳结构，这种多级微纳结构不仅具有纳米尺寸的单元，保持其较高的催化活性，而且多级自支撑的结构不易被破坏，在催化过程中容易保持结构稳定性，从而具有较高的催化稳定性。另外，这也方便了回收循环使用。
目前，可以采用多种方法进行ZnO微纳结构材料的制备，例如，申请公开号为CN115159560A的中国发明专利报道了一种中空绣球状纳米ZnO的制备方法。将尿素、硝酸锌和模板剂嵌段式聚醚F127或三嵌段共聚物P123溶于水中，110℃水热反应，350～450℃煅烧后制备出空绣球状的纳米ZnO，其在甲基橙的光催化降解实验中表现出优异的催化活性。申请公开号为CN115429701A的中国发明专利采用一种较简单的液相方法制备出海胆状ZnO。连续搅拌下，将稀氨水溶液滴加到硝酸锌水溶液中，90℃反应18-20h，即可制备出针状体聚集的海胆状结构，其具有较高的抗菌活性。但从SEM图可以看出，这种针状体组合的海胆状结构非常松散不牢固，针状体容易脱落，图中就有大量的单个针状体存在，这显然会降低其结构稳定性。因而，开发新的、有效的合成策略以制备出不同结构纳米单元构建的、结构稳定的ZnO微纳结构显得尤为重要。
发明内容
本发明提供一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，其目的是利用有机相和水相形成的液/液两相体系制备ZnO微纳结构材料，该制备方法无需模板、晶种或焙烧等复杂的操作条件，一步即可制备出形貌均一、结构稳定、表面清洁的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料，该材料具有较高的稳定性和自支撑特性，作为光催化剂有利于反应物种的有效接触和快速传输，大大提高了其催化活性。
本发明具体是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
(1)、配制四乙撑五胺水溶液作为水相，备用；
(2)、配制硫酸锌的正戊醇溶液：称取一定量的硫酸锌，加入正戊醇中，得到一定浓度硫酸锌的正戊醇溶液，作为有机相，备用；
(3)、量取一定量步骤(1)所述的水相加入到反应釜的聚四氟乙烯内胆中，再向其中加入一定量步骤(2)所述的有机相，形成两相反应体系，反应釜温度升至110-140℃，在该温度下反应12-18h；
(4)、将步骤(3)反应后所得反应混合物冷却至室温，然后将反应混合物倒入烧杯中，加入无水乙醇形成均相，离心分离，离心后倒出上清液，获得下层沉淀，随后利用无水乙醇对沉淀离心洗涤3-5次，并于40℃真空干燥24h，即得到纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料。
前述的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，步骤(1)中四乙撑五胺水溶液的浓度为0.3-0.6mol/L。
前述的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，步骤(2)中硫酸锌在正戊醇中的浓度为0.05-0.10mol/L。
前述的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，步骤(3)中有机相的加入体积与水相的加入体积之比为1:2。
前述的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，步骤(4)离心分离时离心机转速为1200-1800r/min，时间为4-6min。
前述的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，所制备的ZnO微纳结构材料由多个纳米薄片交叉生长构建，尺寸均一，纳米薄片的直径约为1.5μm，厚度约为20nm，其具有六方晶相结构。
本发明所制备的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料具有较高的稳定性和自支撑的特性，具有松散开放的特性，在催化应用中有利于反应物种的有效接触和快速传输，用作光催化剂具有优异的光催化性能，可用于对刚果红的催化降解中，其120min内即可将刚果红降解完全。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有广泛的利用价值，其至少具有下列优点：
(1)本发明利用四乙撑五胺水溶液形成的水相与硫酸锌的正戊醇溶液形成的有机相形成液/液两相反应体系制备ZnO微纳结构材料，两相不互溶的体系作为反应介质，反应物在不互溶的两相界面进行生长和组装，四乙撑五胺不仅提供了硫酸锌水解的碱性环境，而且其容易存在于有机相和水相形成的界面处，调节界面层的性质，进而调控合成出形貌均一、结构稳定的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构。
(2)本发明的制备方法简单便捷，无需加入表面活性剂、硬/软模板剂等，也不需要使用晶种、调控溶液的pH或焙烧等复杂苛刻的制备条件，反应物价格低廉，反应条件温和，一步即可合成出表面清洁、催化性能优异的由多个纳米薄片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料。该ZnO微纳结构材料由多个纳米薄片交叉生长构建，尺寸均一，纳米薄片的直径约为1.5μm，厚度约为20nm，具有较大的比表面积和较高的稳定性及自支撑特性，有利于反应物种的有效接触和快速传输，大大提高了其催化活性。对刚果红具有优异的光催化性能，其120min内即可将刚果红降解完全。
附图说明
图1为本发明实施例3所制备的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料放大10000倍的SEM图；
图2为本发明实施例3所制备的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料放大20000倍的SEM图；
图3为本发明实施例3所制备的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料放大50000倍的SEM图；
图4为本发明实施例3所制备的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料放大100000倍的SEM图；
图5为本发明实施例3所制备的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的XRD图；
图6为本发明实施例3所制备的纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料催化降解刚果红随时间的变化曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
本发明所提供的一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)、配制四乙撑五胺水溶液：称取一定量的四乙撑五胺，加入到去离子水中，配制摩尔浓度为0.3-0.6mol/L的四乙撑五胺水溶液，作为水相，备用；
(2)、配制硫酸锌的正戊醇溶液：称取一定量的硫酸锌，加入正戊醇使硫酸锌在正戊醇中的浓度为0.05-0.10mol/L，得到硫酸锌的正戊醇溶液，作为有机相，备用；
(3)、量取一定量步骤(1)所述的水相加入到反应釜的聚四氟乙烯内胆中，再向其中加入一定量步骤(2)所述的有机相，形成液-液两相反应体系，在反应釜中于110-140℃下反应12-18h；
(4)、将步骤(3)反应后所得反应混合物冷却至室温，然后将反应混合物倒入烧杯中，加入无水乙醇形成均相；设置离心机转速为1200-1800r/min，时间为4-6min，进行离心分离；离心后倒出上清液，获得下层沉淀，随后利用无水乙醇对沉淀离心洗涤4-5次，并于40℃真空干燥24h，即得到纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料。
较佳地，步骤(3)中有机相的加入体积与水相的加入体积之比为1:2，但该比例不应视为对本发明的限制。
下面以具体实施例对本发明进行详细说明，下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法；所述的实验过程若未加指明均是在常温常压条件下进行；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1
(1)、配制0.4mol/L的四乙撑五胺水溶液作为水相，备用；
(2)、配制硫酸锌的正戊醇溶液作为有机相，备用；硫酸锌在正戊醇中的浓度为0.06mol/L；
(3)、量取10mL步骤(1)所述的水相加入到25mL反应釜的聚四氟乙烯内胆中，再向其中加入5mL步骤(2)所述的有机相，形成两相反应体系，在反应釜中于140℃下反应12h；
(4)、将步骤(3)反应后所得反应混合物冷却至室温，然后将反应混合物倒入烧杯中，加入无水乙醇形成均相，离心分离，倒出上清液，获得下层沉淀，利用无水乙醇对沉淀离心洗涤5次，40℃真空干燥24h，即得到纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料。
实施例2
(1)、配制0.5mol/L的四乙撑五胺水溶液作为水相，备用；
(2)、配制硫酸锌的正戊醇溶液作为有机相，备用；硫酸锌在正戊醇中的浓度为0.08mol/L；
(3)、量取10mL步骤(1)所述的水相加入到25mL反应釜的聚四氟乙烯内胆中，再向其中加入5mL步骤(2)所述的有机相，形成两相反应体系，在反应釜中于140℃下反应12h；
(4)、将步骤(3)反应后所得反应混合物冷却至室温，然后将反应混合物倒入烧杯中，加入无水乙醇形成均相，离心分离，倒出上清液，获得下层沉淀，利用无水乙醇对沉淀离心洗涤4次，40℃真空干燥24h，即得到纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料。
实施例3
(1)、配制0.3mol/L的四乙撑五胺水溶液作为水相，备用；
(2)、配制硫酸锌的正戊醇溶液作为有机相，备用；硫酸锌在正戊醇中的浓度为0.05mol/L；
(3)、量取10mL步骤(1)所述的水相加入到25mL反应釜的聚四氟乙烯内胆中，再向其中加入5mL步骤(2)所述的有机相，形成两相反应体系，在反应釜中于130℃下反应14h；
(4)、将步骤(3)反应后所得反应混合物冷却至室温，然后将反应混合物倒入烧杯中，加入无水乙醇形成均相，离心分离，倒出上清液，获得下层沉淀，利用无水乙醇对沉淀离心洗涤5次，40℃真空干燥24h，即得到纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料。
图1-图4是本实施例制备的ZnO微纳结构材料不同放大倍数的SEM图，由图1和图2可以观察到ZnO微纳结构材料由多个纳米薄片交叉生长构建，尺寸均一，纳米薄片直径约为1.5μm。高放大SEM图(图3)可以看出这些纳米薄片构建的微纳结构材料并非由生成的纳米片单纯堆叠而成，而是交叉生长构建而成，因此该ZnO微纳结构材料具有较高的稳定性和自支撑的特性。同时可以看出，其还具有松散开放的特性，在催化应用中这有利于反应物种的有效接触和快速传输，大大提高了其催化活性。更高放大倍率的SEM图(图4)可以测量出这些纳米薄片的厚度约为20nm，较薄的纳米结构保证了其较大的比表面积。其XRD图(图5)显示出较强的衍射峰，证明所制备的ZnO微纳结构材料结晶性较好，为六方晶相结构，没其它杂峰出现，证明产品纯度较高。
对本实施例制备的ZnO微纳结构材料进行光催化性能测试：取30mg所制备ZnO微纳结构材料作为光催化剂，以0.02mmol/L的刚果红作为目标降解物，目标降解物的体积为50mL，选用150瓦的汞灯为光源，样品距灯管的距离为10cm，进行光催化降解实验，图6是光催化降解的效果图，结果显示，所制备的ZnO微纳结构材料在光催化降解刚果红的实验中表现出优异的催化性能，室温在汞灯照射下，120min内即可将刚果红催化降解完全。
实施例4
(1)、配制0.4mol/L的四乙撑五胺水溶液作为水相，备用；
(2)、配制硫酸锌的正戊醇溶液作为有机相，备用；硫酸锌在正戊醇中的浓度为0.07mol/L；
(3)、量取10mL步骤(1)所述的水相加入到25mL反应釜的聚四氟乙烯内胆中，再向其中加入5mL步骤(2)所述的有机相，形成两相反应体系，在反应釜中于120℃下反应16h；
(4)、将步骤(3)反应后所得反应混合物冷却至室温，然后将反应混合物倒入烧杯中，加入无水乙醇形成均相，离心分离，倒出上清液，获得下层沉淀，利用无水乙醇对沉淀离心洗涤5次，40℃真空干燥24h，即得到纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料。
实施例5
(1)、配制0.6mol/L的四乙撑五胺水溶液作为水相，备用；
(2)、配制硫酸锌的正戊醇溶液作为有机相，备用；硫酸锌在正戊醇中的浓度为0.10mol/L；
(3)、量取10mL步骤(1)所述的水相加入到25mL反应釜的聚四氟乙烯内胆中，再向其中加入5mL步骤(2)所述的有机相，形成两相反应体系，在反应釜中于110℃下反应18h；
(4)、将步骤(3)反应后所得反应混合物冷却至室温，然后将反应混合物倒入烧杯中，加入无水乙醇形成均相，离心分离，倒出上清液，获得下层沉淀，利用无水乙醇对沉淀离心洗涤5次，40℃真空干燥24h，即得到纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料。
以上所述仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明还可以根据以上结构和功能具有其它形式的实施例，不再一一列举。任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、配制四乙撑五胺水溶液作为水相，备用；
(2)、配制硫酸锌的正戊醇溶液：称取一定量的硫酸锌，加入正戊醇中，得到硫酸锌的正戊醇溶液，作为有机相，备用；
(3)、量取一定量步骤(1)所述的水相加入到反应釜的聚四氟乙烯内胆中，再向其中加入一定量步骤(2)所述的有机相，形成两相反应体系，在110-140℃下反应12-18h；
(4)、将步骤(3)反应后所得反应混合物冷却至室温，然后将反应混合物倒入烧杯中，加入无水乙醇形成均相，离心分离，离心后倒出上清液，获得下层沉淀，随后利用无水乙醇对沉淀离心洗涤3-5次，并于40℃真空干燥24h，即得到纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料。
2.如权利要求1所述的一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中四乙撑五胺水溶液的浓度为0.3-0.6mol/L。
3.如权利要求1所述的一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中硫酸锌在正戊醇中的浓度为0.05-0.10mol/L。
4.如权利要求1-3任一所述的一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，其特征在于步骤(3)中有机相的加入体积与水相的加入体积之比为1:2。
5.如权利要求1-3任一所述的一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，其特征在于步骤(4)离心分离时离心机转速为1200-1800r/min，时间为4-6min。
6.如权利要求1-3任一所述的一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，其特征在于所制备的ZnO微纳结构材料由多个纳米薄片交叉生长构建，尺寸均一，纳米薄片的直径约为1.5μm，其厚度约为20nm。
7.如权利要求1-3任一所述的一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，其特征在于所制备的ZnO微纳结构材料用作光催化剂。
8.如权利要求7所述的一种纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法，其特征在于所述的ZnO微纳结构材料作为光催化剂用于降解刚果红。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310294690.5A CN116177590A (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310294690.5A CN116177590A (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116177590A true CN116177590A (zh) | 2023-05-30 |
Family
ID=86450678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310294690.5A Pending CN116177590A (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116177590A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010018075A1 (en) * | 2008-08-13 | 2010-02-18 | Basf Se | Process for the preparation of nanoparticulate zinc oxide |
| CN103084583A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-05-08 | 东南大学 | 一种制备氧化锌和银纳米复合物的方法 |
| CN103172107A (zh) * | 2013-04-12 | 2013-06-26 | 济南大学 | 一种头对头生长的氧化锌微米结构的制备方法及其产品 |
| CN104445367A (zh) * | 2014-11-13 | 2015-03-25 | 华侨大学 | 一种纳米花状氧化锌的制备方法 |
| CN109485088A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-03-19 | 安徽工程大学 | 一种花状氧化锌纳米片聚集材料及其制备方法、应用 |
| CN110498440A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-11-26 | 江苏大学 | 一种氧化锌气敏膜材料、制备方法及其应用 |
-
2023
- 2023-03-23 CN CN202310294690.5A patent/CN116177590A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010018075A1 (en) * | 2008-08-13 | 2010-02-18 | Basf Se | Process for the preparation of nanoparticulate zinc oxide |
| CN103084583A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-05-08 | 东南大学 | 一种制备氧化锌和银纳米复合物的方法 |
| CN103172107A (zh) * | 2013-04-12 | 2013-06-26 | 济南大学 | 一种头对头生长的氧化锌微米结构的制备方法及其产品 |
| CN104445367A (zh) * | 2014-11-13 | 2015-03-25 | 华侨大学 | 一种纳米花状氧化锌的制备方法 |
| CN109485088A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-03-19 | 安徽工程大学 | 一种花状氧化锌纳米片聚集材料及其制备方法、应用 |
| CN110498440A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-11-26 | 江苏大学 | 一种氧化锌气敏膜材料、制备方法及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 齐嘉欣等: "油/水界面法制备硫化铜微粒及其抗菌性能研究", 《生物化工》, vol. 6, no. 1, 25 February 2020 (2020-02-25), pages 20 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105731535B (zh) | 一种氧化锌/二氧化钛复合纳米材料的制备方法 | |
| US11027259B2 (en) | Preparation method for hollow molybdate composite microspheres and method for catalyzing ammonia borane hydrolysis to produce hydrogen | |
| Xie et al. | Morphological control in solvothermal synthesis of titanium oxide | |
| CN102225784B (zh) | 一种采用微波辐射法合成碱土金属钒酸盐微/纳米材料的方法 | |
| CN104148047B (zh) | 一种碳掺杂氧化锌基可见光催化剂的宏量制备方法 | |
| CN105384193B (zh) | 一种五氧化二铌海胆状纳米微球的制备方法及其作为光催化剂的应用 | |
| CN102336431B (zh) | 一种SnO2花状结构纳米材料及其水热制备方法 | |
| CN101857260A (zh) | 水热法制备四方片状表面结构球状二氧化铈纳米材料的方法 | |
| CN111099650A (zh) | CeO2纳米球形颗粒的熔盐法合成方法 | |
| CN103950985B (zh) | 一种中空方球结构的纳米钨酸铋及其制备方法 | |
| CN103553140A (zh) | 一种铁酸镧纳米盘的制备方法 | |
| WO2020119717A1 (zh) | 一种中空二氧化铈的制备方法 | |
| CN114260027B (zh) | 一种制备金属氧化物@金属有机骨架核壳材料的方法 | |
| CN101486494B (zh) | 一种碱式碳酸钴纳米材料的合成方法 | |
| CN110255598B (zh) | 一种花状微球碳酸铈和二氧化铈的制备方法 | |
| CN102134105B (zh) | 一种在室温下利用氨基酸辅助制备纳米四氧化三钴颗粒的方法 | |
| CN110639521B (zh) | 暴露高指数面的氧化铁十二面体纳米晶体催化剂的制备方法 | |
| CN101774533B (zh) | 一种优先暴露｛111｝面的γ-氧化铝纳米管的制法 | |
| CN107803170A (zh) | 一种二氧化钛/氧化镍双壳空心球的制备方法 | |
| CN108187739A (zh) | 一种葡萄干面包式金-二氧化硅纳米催化剂及其制备和应用 | |
| CN112456556A (zh) | 一种制备氧化钽纳米球的方法 | |
| CN1616165A (zh) | 一种纳米金属和双金属空心球的制备方法 | |
| CN102531068B (zh) | 一种大量合成单分散四氧化三铁纳米晶的方法 | |
| CN102153154B (zh) | 四氧化三钴纳米粒子的工业化形状控制方法 | |
| CN116177590A (zh) | 纳米片交叉生长构建的ZnO微纳结构材料的制备方法 |
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 |