不同液相法及其制备条件对氧化锌形貌的影响

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氧化锌是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体材料,禁带宽度大(3.37eV),激子结合能高(60meV)。纳米ZnO兼有半导体材料和纳米材料两方面的优异特性,相比于同质块体材料,在光电、压电、热电等方面显示出独特性能。近年来纳米氧化锌在催化和光催化领域的研究和应用一直是国际热点。研究表明纳米氧化锌的催化性能与其微观形貌密切相关,有关纳米氧化锌形貌的研究越来越多。纳米ZnO是具有六方纤锌矿结构的极性晶体,沿C轴具有较强的极性,C轴择优取向生长的本质使其容易生成长径比高的棒状纳米氧化锌。然而,通过改变外部反应条件,可以抑制或者促进特定晶面的生长速度,从而改变晶体各晶面的相对生长速度,最终得到形貌不同的氧化锌。因此探讨外部反应条件对氧化锌形貌的影响是很多学者研究的问题。本文采用水热/溶剂热法、液体石蜡高压(常压)热处理法和溶剂热-反相微乳液法这三种方法制备了纳米氧化锌,实验中采用XRD、SEM、TEM、FTIRTG-DSC等现代分析手段研究了ZnO纳米晶的物相组成和形貌特点,探讨了制备方法及其制备条件对氧化锌形貌的影响,主要实验结果如下:在水热溶剂热方法中,采用二乙醇胺或者六亚甲基四胺有机胺辅助法,合成了微米球状、纳米多维度粒状、纳米棒状等一系列形貌不同的纳微米级ZnO晶体,系统地考察了反应温度、沉淀剂种类、反应溶剂、锌源、反应时间和沉淀剂浓度对纳米ZnO形貌的影响。结果发现反应温度越高,越容易生成多维度晶粒;反应溶剂极性越大,得到的纳米ZnO的颗粒的长径比越小;锌源不同,制备的氧化锌晶体差异很大。在液体石蜡高压(常压)热处理法中,以液体石蜡为反应介质,Span80为表面活性剂,将醋酸锌(硝酸锌)—二乙醇胺—异丙醇预处理混合液分散其中,分别采用常压热处理和高压热处理的手段,不经过煅烧步骤直接制备氧化锌。结果表明液体石蜡热处理环境改变了氧化锌晶体的生长团聚过程,但是仍然遵循晶体C轴择优取向生长的生长习性。在溶剂热-反相微乳液法中,以液体石蜡为油相,锌盐—二乙醇胺—异丙醇预处理混合液为水相,Span80和Tween80为复配型表面活性剂,正丁醇为助表活性剂,先制备出反相微乳液,再进行溶剂热反应后得到纳米氧化锌。结果表明溶剂热法和微乳液法相结合的处理可以使制备的纳米氧化锌形貌更统一、尺寸大小更均匀,而且硝酸锌锌源制备的是正六边形片层状,而醋酸锌锌源制备的是微米球状。和其他两种液相法相比,溶剂热-反相微乳液法制备的纳米Zn0颗粒粒径分布更均匀,颗粒团聚程度大幅度减弱。
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