等轴晶氧化锌纳米颗粒的合成

毕业设计

文献翻译

题目化学法合成Zn(OH)

及其

2

ZnO的相转变研究

专业材料物理

班级材物091

学生赵燕

指导教师张卫华

2012 年

2013届材料物理与化学系毕业设计（文献翻译）

等轴晶氧化锌纳米颗粒的合成

摘要

氧化锌在许多重要的领域被广泛使用，如太阳能电池，压电换能器，发光二极管，气体传感器，和催化剂。本文研究的重点是从水溶液中合成等轴晶氧化锌纳米颗粒。由透射电子显微镜和X-射线衍射来研究合成的ZnO粒子的形状，大小，和相位。提出了一个合成机制。ZnO颗粒尺寸效应用光吸收紫外-可见分光光度法进行评估。本文的研究提供了一个简单，更好的定义，更灵活的方式来合成等轴晶ZnO纳米颗粒。

关键词：氧化锌纳米颗粒颗粒大小晶相光的吸收

1.引言

ZnO在过去几年中，已被广泛的研究。它在许多重要领域被广泛使用，如太阳能电池[1] ，电子[2] ，发光二极管[3]，气体传感器[4]，和催化剂[5]。紫外-可见吸收光谱表明，吸收强度和吸收的光的波长，随反应时间和氧化锌颗粒尺寸增加[6-8]。然而，大多数研究都集中在ZnO纳米棒和纳米带的合成，因为其z轴方向优先选择呈增长的趋势 [9-12]。等轴状的ZnO纳米颗粒没有很容易地获得定义的结晶度。从不同的角度，等轴晶ZnO纳米颗粒可以被更容易地组装成维一的结构，制成薄膜或本体结构，和新颖的在太阳能电池中的电子和光学性质，透明的电子，和发光二极管的尺寸定制。这需要更好的理解ZnO纳米颗粒的合成的，以控制其形状和大小。然而，ZnO纳米棒，不是纳米颗粒可以很容易地形成[13]。

许多方法已被用于合成ZnO纳米颗粒。固态的方法包括化学气相沉积法[14]，原子层沉积[15] ，热分解[16]，喷雾热分解法[17] ，和激光加热[18]。液体方法包括直接沉淀法[19]，溶胶-凝胶法[6]，水解[20]。在这些方法中，固态的过程产生高度凝集粒子。与此相反，低温下液体基体的路线有利于形成分散粒子。

赵燕化学法合成Zn(OH)2及其ZnO的相转变研究

最初提出的溶胶-凝胶方法是强调沸腾乙醇溶液中醋酸锌可形成锌前驱体[21]。按照这一办法，从锌醋酸衍生的前驱体中获得尺寸为3.0 nm的ZnO纳米颗粒[22] 。通过醋酸锌溶液与氢氧化锂反应，得到的氧化锌颗粒尺寸在2–7nm大小的范围内[6]。近年来，许多简单的方法一直以来所追求的是为了得到具有良好分散性ZnO纳米颗粒。但是，要实现具有定义的良好的结晶度等轴纳米颗粒的尺寸一直是一个挑战。例如，油酸巯酸封端的ZnO 纳米颗粒通过以下方式获得-OH基团上的ZnO纳米颗粒和-COOH基团的油酸[19]之间的反应。已使用的水热合成，在120℃，得到高结晶度的ZnO纳米颗粒[23]。ZnO颗粒也通过沉淀，从室温至70℃中，在Zn 5（CO 3）2（OH）的水溶液中得到[24]。另一个最近的努力是使用硝酸锌水溶液和三（羟甲6

基）氨基甲烷在接近中性的pH值和37℃下，合成ZnO纳米颗粒，获得的纳米颗粒的尺寸为20nm[25] 。六亚甲基四胺（HMT）已被用来制备ZnO粒子[26-28] 。pH值，HMT和硝酸锌盐浓度分别是多变的，以控制颗粒尺寸和形状。然而，这个过程并没有被氧化锌纳米颗粒的合成利用。此外，HMT 在ZnO纳米粒子的合成和获得ZnO颗粒结晶度的作用，值得进一步调查[29]。

在本文研究中，在硝酸锌的混合水溶液和HMT中六方晶系纤锌矿结构ZnO纳米颗粒已被合成。通过老化的纳米粒子前驱体，在300℃下得到等轴颗粒。由透射型电子显微镜（TEM），动态光散射（DLS），和X-射线衍射（XRD）来研究了所得的ZnO纳米粒子的形状，尺寸和结晶度。ZnO颗粒尺寸光吸收效应用紫外-可见分光光度法进行了评估。

2.实验过程

ZnO纳米粒子合成的原料硝酸锌水化合物（Zn（NO 3）2 ·xH2O ）（纯度99％，阿法埃莎，沃德山，MA）和HMT（C6H12N4）（99 ％的纯度，阿法埃莎，沃德山，MA）。Zn（NO 3）2 · xH 2 O溶解于水中以形成0.1M 溶液。HMT的溶解在水中，以形成0.5至2.0 M溶液。在混合前，两种溶液，在室温下，用磁力搅拌棒在900 rpm搅拌30分钟。然后Zn（NO 3）2

2013届材料物理与化学系毕业设计（文献翻译）

溶液倒入搅拌棒被拆除后的HMT溶液。混合物保持在60℃的烘箱中45分钟，没有搅拌。滤出沉淀物，通过微孔过滤器过滤（0.22μm的GV，微孔滤膜过滤器，比尔里卡，马萨诸塞州），通过真空泵。将过滤后的沉淀物在60℃下在烘箱中干燥, 在这之后，将其加热到300℃,保温1小时，加热和冷却速率在3℃/ min。

通过超声分散在水中获得ZnO颗粒。悬浮液，放置在TEM网格进行颗粒大小和形状分析（飞利浦EM 420，飞利浦电子光学，埃因霍温，荷兰），或检查DLS粒度分析（ZS，纳米激光粒度仪马尔文仪器公司，绍斯伯勒，MA ）。此外，对于ZnO颗粒相分析，使用TEM进行电子衍射。为了进一步探讨的合成的氧化锌颗粒的结晶相的，高分辨率的X射线衍射（XRD）的分析进行了在的X'Pert专业衍射仪进行了（帕纳科BV，EA荷兰Almelo）。CuKα辐射（λ = 1.5406 ）每一步的时间是3000秒的扫描时间。XRD电压为45千伏，束流为40毫安。通过热重分析（STA449C/3/G木星，耐驰仪器公司，伯灵顿，马萨诸塞州）Zn 2 +含析出物在高温下的重量变化进行了分析。

吸收光谱为稀悬浮液的合成ZnO粒子（〜0.125wt％，pH约为7.0±0.35），使用紫外- 可见分光光度法（300，热学的演变，英国），使用氙灯作为光源。收集波长在200-500nm范围内的光谱，步长大小为0.2纳米。

3.结果与讨论

3.1HTM：Zn(NO3)2比效率

在氧化锌形成中，化学过程进行与分解的沉淀剂HMT [30] ：

C6 H 12 N 4 + 6H 2 O→6H2 CO + 4NH 3（1）

进一步形成的铵阳离子和羟基阴离子的氨解离：

NH 3 + H 2O→NH4 + + OH -（2）

存在两个进程的含Zn 2 +沉淀的形成，取决于溶液条件：

Zn2 + + 2OH - ⇔Zn（OH）2（3）