zns纳米材料的可控合成及光电性能研究

z n s纳米材料的可控合成及光电性能研究

Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

ZnS纳米材料的可控合成及光电性能的研究

ZnS纳米材料的可控合成及光电性能研究

一、实验目的

（1）了解ZnS纳米晶的结构特点、性能及用途；

（2）了解并掌握缓释合成ZnS纳米晶的原理和方法；

（3）掌握纳米ZnS光电性能研究的方法

（4）练习称量，溶解，离心，干燥，定容等基本操作

（5）熟悉酸度计，粒度测定仪，分光光度计的使用方法

（6）了解利用光催化处理印染废水的原理和方法。

二、实验原理

传统的直接沉淀法制备ZnS粒子的反应过程可用以下方程式进行描述：

Zn2+ + S2- → ZnS

对于由Zn2+和S2-直接生成ZnS的快速沉淀过程，ZnS的生成可瞬间完成，其成核速率与生长速率很快，这种方法合成的ZnS会因为初始阶段混合的不均匀性而使产物粒子尺寸分布较宽。

为了避免上述现象，本实验通过液相法，首先将锌离子与络合剂EDTA生成络合物前躯体，可实现反应物反应前分子尺度的均匀混合。以硫代乙酰胺（TAA）为硫源，利用均匀沉淀法来制备ZnS纳米粒子。具体设计的反应式如下：

CH3CSNH2→ CH3CN + 2H+ + S2-

S2- + M2+(M=Zn, Cd, Cu) → MS

从上述反应过程可以看出，均匀沉淀法原理是在一定条件下制得含有所需反应物的稳定前体溶液，通过迅速改变溶液的酸度和温度来促使颗粒大量生成，由于在这个过程中反应物可以实现分子尺寸的均匀混合；同时TAA释放硫源是缓慢进行的，使得反应过程变得可控，从而避免了由于沉淀剂的加入造成沉淀剂瞬时局部过浓现象，克服了传统也想直接沉淀法制备纳米材料的不足。

如果能找到一个合适的络合物，它能够与溶液中的Zn2+络合形成相对稳定的络合物前驱体，由于该络合物前驱体具有适当的稳定性，就可以实现反应物反应前贩子尺度的均匀混合。同时，通过改变外界条件，来实现Zn2+的缓慢释放，以达到TAA做硫源的相同效果。

乙二胺四乙酸（EDTA）分子中具有六个可以与金属离子形成配位键的原子，它的两个氨基氮和四个羧基氧原子都有孤对电子，能与金属离子形成配位键，因此EDTA能与许多金属离子形成稳定的络合物。当EDTA溶解于酸度很高的溶液中时，它的两个羧基可再接受H+而形成H6Y2+,这样EDTA相当于六元酸。由于多数金属离子的配位数不超过6，所以EDTA与金属离子形成1:1的络合物，只有极少数金属离子如锆、钼例外。因此，EDTA与Zn2+ 就不存在分布络合现象。通过合理控制外接条件，EDTA能够通过与Zn2+之间的络合作用，实现Zn2+的可控释放。

大量的研究表明，尽力尺寸减小到一定程度后，光能隙蓝移，对应于更高的氧化-还原电位，因而有更强的氧化-还原能力；另外晶粒尺寸减小后光生载流子迁移到晶粒表面的时间大大缩短，有效地减少了光生电子的和光生空穴的体相复合。一次制备纳米ZnS纳米颗粒有望能够极大地提高光催化活性。

近年来，荧光性半导体纳米晶和纳米团簇制备引起了人们的注意，因为这类荧光活性的纳米结构材料可望在生物传感和临床检验等领域有着潜在的应用价值，作为一个合

适的生物标贴，应该具有较高的荧光效率、生物相容性以及能够与生物分子发生作用的表面基团。从光催化角度，水溶性的表面也是可取的，因为亲水性的表面有利于半导体光催化剂与水溶性染料发生充分的接触，从而提高其光催化效率。

印染废水排放量大，成分复杂，对人体和环境的危害较大，印染废水的处理已成为世界各国治理水环境方面亟待解决的一大难题。目前常用的吸附法、生化法和混凝沉降法等均难以使染废水的处理达到令人满意的结果。光催化处理印染废水是一种极有前途的处理方法。

三、实验材料

四实验步骤

1、ZnS纳米晶的制备

(1) 试剂的配制

配制L的Zn(Ac)2溶液500mL:称取 Zn(Ac)2·2H2O溶解在100mL去离子水中；

配制L的Na2S溶液500mL：称取·9H2O 溶解在100mL去离子水中；

EDTA溶液的配制：称取EDTA-Na·H2O约溶解在100mL去离子水中。

(2)温度因素:

A：在℃的水浴中，取10mL上述配制的Zn(Ac)2溶液于烧杯中，加入10mL的EDTA，用氨水调节PH至，再取10mL的Na2S溶液倒入上述溶液中，并且不断搅拌，搅拌15分钟后，将产物离心分离，并用去离子水洗，倒在蒸发皿里，在110℃下干燥得到ZnS纳米晶；

B：在℃的水浴中，取10mL上述配制的Zn(Ac)2溶液于烧杯中，加入10mL的EDTA，用氨水调节PH至，再取10mL的Na2S溶液倒入上述溶液中，并且不断搅拌，

搅拌15分钟后，将产物离心分离，并用去离子水洗，倒在蒸发皿里，在110℃下干燥得到ZnS纳米晶；

C：在℃的水浴中，取10mL上述配制的Zn(Ac)2溶液于烧杯中，加入10mL的EDTA，用氨水调节PH至，再取10mL的Na2S溶液倒入上述溶液中，并且不断搅拌，搅拌15分钟后，将产物离心分离15分钟后，并用去离子水洗，倒在蒸发皿里，在110℃下干燥得到ZnS纳米晶。

(3) pH值

A：在℃的水浴中，取10mL上述配制的Zn(Ac)2溶液于烧杯中，加入10mL的EDTA，用氨水调节PH至，再取10mL的Na2S溶液倒入上述溶液中，并且不断搅拌，搅拌15分钟后，将产物离心分离15分钟后，并用去离子水洗，倒在蒸发皿里，在110℃下干燥得到ZnS纳米晶；

B：在℃的水浴中，取10mL上述配制的Zn(Ac)2溶液于烧杯中，加入10mL的EDTA，用氨水调节PH至，再取10mL的Na2S溶液倒入上述溶液中，并且不断搅拌，搅拌15分钟后，将产物离心分离15分钟后，并用去离子水洗，倒在蒸发皿里，在110℃下干燥得到ZnS纳米晶；

C：在℃的水浴中，取10mL上述配制的Zn(Ac)2溶液于烧杯中，加入10mL的EDTA，用氨水调节PH至，再取10mL的Na2S溶液倒入上述溶液中，并且不断搅拌，搅拌15分钟后，将产物离心分离，并用去离子水洗，倒在蒸发皿里，在110℃下干燥得到ZnS纳米晶。

(4) Zn2+/EDTA的配比