水热法制备纳米材料3

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

水热法制备ZnO纳米棒

xxxx

一、实验目的:

1、掌握水热合成方法。

2、掌握晶体分析方法。

二、实验原理:

压强是高压釜内填充度、温度的函数,提高压强会提高成核速率,有利于粉体的产生,粉体粒径较小。根据公式

(1)P1V=nRT

(1)P2=P0(2)

P=P

1+P

2=nRT/V+P0(3)

式中:P1——T温度时高压釜内空气的压强;

P

2——T温度时高压xx的压强;

P——T温度时高压釜内的总压强;

P

0——T温度时水的饱和蒸汽压;

V——高压xx气体体积。

可以看出在一定的水热温度下,压强的大小依赖于反应器中的原始溶剂的填充度。反应釜内的压强随填充度增大而升高。

ZnO纳米棒的形成过程可以分为两个阶段:

第一阶段是成核阶段,第二阶段是生长阶段。具体的形成过程可以用下列反应式表示:

Zn2++2OH-→Zn(OH)2(4)(CH

2)

6N

4+10H

2O →6HCHO + 4NH

3·H

2O

(5) NH

3·H

2O ↔NH4++OH-

(6) Zn2++4NH

3→Zn(NH

3)

42+

(7)Zn(OH)

2→ZnO+H

2O

(8)Zn(OH)

42-→ZnO+ H

2O+2OH-

(9)当将氢氧化钠滴入含有Zn2+的水溶液中,边滴入边搅拌,溶液变浑浊,这是由于有Zn(OH)

2白色胶体生成(见反应式4),同时六次甲基四胺水解产生的氨水(见反应式5),作为螯合剂通过和Zn2+结合而形成胺化合物Zn(NH

3)

42+(见反应式7),而溶液中生成的Zn(OH)

42-为这个过程提供了条件,在这种溶液环境下,一部分的Zn(OH)

2胶体分解成Zn2+和OH-,当Zn2+和OH-的浓度大到超过某个临界值时,就会有大量的ZnO 晶核形成,那么最终的晶体生长过程就开始了(见反应式8和9)。

方法一(首选)

三、实验仪器和试剂:

1、仪器:

超声清洗机,烧杯,水热合成反应釜,鼓风干燥箱,XRD衍射仪,扫描电子显微镜,紫外可见分光光度计。

2、试剂:

铜衬底,丙酮,无水乙醇(C

2H

5OH,分析纯),去离子水,硫酸锌(ZnSO

4·7H

2O,分析纯),氢氧化钠(NaOH,分析纯),六次甲基四胺(又名HMTA,C

6H

12N

4,分析纯)。

四、实验步骤:

1、铜衬底的清洗

清洗的目的是为了去掉衬底表面的油渍、脏物和表面杂质等,使其表面光亮平滑,避免杂质及缺陷在纳米棒生长过程中对纳米棒的形貌产生影响。具体的清洗过程如下:

(1)将大小约为1cm×1cm的铜衬底放入盛有乙醇的烧杯中,在超声仪中超声10分钟。

(2)取出衬底片,放入丙酮中超声10分钟。

(3)取出衬底片,放入乙醇中超声10分钟。

(4)最后再用去离子水超声一次,并经流动的去离子水反复冲洗后,用洗耳球小气流吹干。

2、在铜衬底上制备ZnO纳米棒步骤:

将0.0056 mol硫酸锌溶于35 mL去离子水中配制成溶液,同时按Zn2 +与OH-摩尔比值1:8将0.056mol氢氧化钠溶于35mL去离子水中;在磁力搅拌条件下,将氢氧化钠溶液逐滴滴加到硫酸锌的溶液中;持续搅拌10 min后,将0.50 g 六次甲基四胺加入到上述溶液中并持续磁力搅拌10 min;然后将混合溶液转移到内衬为聚四氟乙烯的反应釜中,将第一步中清洗的铜衬底垂直放置(如图1所示)。在90℃下保温9 h后让炉子自然冷却至室温;将得到的白色沉淀用去离子水和无水乙醇离心洗涤5次;最后,在真空干燥箱中于60℃下干燥6 h(或置于鼓风干燥箱中干燥),得到ZnO 样品。

图1铜衬底垂直放置

3、样品的表征:

(1)采用X射线衍射仪(XRD)对样品进行物相分析,铜靶K

α射线(36kV,20mA,λ=0.15418nm),扫描速率4°/min,扫描范围10°~90°;

(2)采用扫描电子显微镜(SEM)【无】观察样品的形貌,加速电压为

20kV;

(3)利用紫外可见分光光度计测试亚甲基蓝的吸光度。【该实验暂时不做】

点评:

方案可行,成绩A-

;实验室无铜衬底。方法二(备选)

三、实验仪器和试剂:

1、实验仪器:

超声清洗机,烧杯,电子天平,水热合成反应釜,鼓风干燥箱,XRD衍射仪,扫描电子显微镜,紫外可见分光光度计。

2、试剂:

铜衬底,丙酮,无水乙醇(C

2H

5OH,分析纯),去离子水,二水合乙酸锌(Zn(Ac)

2.2H

2O,分析纯),氨水(NH

3.H

2O,分析纯)。

四、实验步骤:

1、衬底的清洗(方法同一)。

2、在铜衬底上制备ZnO纳米棒步骤:

配置浓度为0.027mol/L的二水合醋酸锌(Zn(Ac)

2.2H

2O分析纯)的去离子水溶液,后滴入氨水,边滴入氨水边用玻璃棒搅拌,将溶液的pH值调至10左右,使其呈弱碱性,得到反应用的水热溶液。将水热溶液倒入反应用高压釜中,将前面1中清洗好的Cu衬底面朝上完全浸入上述水热溶液当中,然后将高压釜放入烘箱中,在温度95℃下反应6小时,然后将高压釜取出。等高压釜自然冷却后将样品取出,用去离子水反复冲洗表面去掉多余的离子和胺盐,在空气中自然晾干。

3、样品的表征(方法同一)。

五、实验方案讨论:

方法一中的是直接加入氢氧化钠,提供OH-离子,再通过六次甲基四胺水解提供NH4+离子,继而形成Zn(NH

3)

42+;而方法二是通过氨水的水解同时提供OH-和NH4+两种离子,在实验过程中还要调节pH 。文献查得大多是采用氨水与锌盐反应,而与NaOH反应的方法相对比较新,而且考虑到不用时时观察pH值等因素,我们将第一种方法作为首选的方法,而将第二种作为备选方案。

六、参考文献

[1].xx.GaN/Al

2O3衬底上ZnO纳米棒的水热法生长[D].湖北:

华中科技大学,2009:1-62.

相关文档
最新文档