【正文】 吸收光譜，依據分子紅外光譜的吸收峰位置，吸收峰數目及其強度，可以鑒定未知化合物的分子結構或確定其化學基團，從而對物質進行定性分析；依據吸收峰的強度與分子或某化學基團的含量有關，可進行定量分析和純度鑒定[15]。圖34 300℃焙燒制得的納米ZnO的SEM照片圖35 500℃焙燒制得的納米ZnO的SEM照片圖36 700℃焙燒制得的納米ZnO的SEM照片圖37 前驅體堿式碳酸鋅的SEM照片 如圖34所示，前驅體堿式碳酸鋅在300℃下焙燒3小時制得的納米ZnO呈球形，粒徑分布集中在5070nm，但是卻出現了明顯的團聚現象，這主要是由于前驅體比表面積大，表面自由能高，吸引附近的原子導致團聚。D，nm400500 掃描電子顯微鏡（SEM）掃面電子顯微鏡可以獲得晶體試樣的各種物理、化學性質，如形貌、組成、晶體結構、電子結構、內部電場和磁場等等。而實際測量過程中 一般通過測試結果中的三強峰和樸準卡片中的三強峰進行對比來確定樣品的物相。表36 測試所用儀器一覽表儀器名稱生產廠家Avaster370傅里葉紅外光譜儀Thermo NicoletTGA/SDTA851差熱熱重分析儀瑞士MettlerD/Max2200型X射線衍射分析儀日本理學公司FEI Sirion掃描電子顯微鏡荷蘭飛利浦公司 X射線衍射（XRD）X射線衍射儀是一種常見的，也是一種最重要的測定晶體結構的方法。升溫程序為，由100℃升溫到250℃，保溫1h，目的是去除樣品中的雜質。而常用的碳酸鹽有Na2CONH4HCO（NH4）2CO3，當NH4HCO3和（NH4）2CO3在體系中的比例過大時，溶液中會存在一定量的NH3，他們會與Zn2+結合生成[Zn(NH3)4]2+配合物留在溶液中，從而影響實驗結果，故碳酸鹽應選取Na2CO3。相比之下，堿式碳酸鋅分解時產生的二氧化碳并未直接進入氣相，而是以某種形式與另一分解產物ZnO形成了一種相對穩(wěn)定的中間態(tài)，然后二氧化碳從中脫出，起到了使毛細作用減弱，分散粒子、降低粒子間團聚的作用。 納米ZnO制備方法的確定綜上所述，物理方法雖然擁有較為穩(wěn)定的生長環(huán)境，且生長條件可控，易實現定向、定型生長，獲得優(yōu)良光電性能的應用材料，但是物理方法往往設備昂貴，不易大批量生產。另一種是激光MBE(LMBE)，%的ZnO靶，使ZnO生長在(0001)藍寶石襯底上，氧分壓約為1104Pa，生長溫度為500℃。常用的沉淀劑有：碳酸或碳酸鹽、氨水、氫氧化鈉、尿素等等。其反應歷程[12]如下：Zn+2OH→ZnO22+H2 (28)ZnO22+H2O→ZnO+OH (29)。H2O→3ZnO+3H2O+CO2 (27)。在均勻沉淀法過程中，由于沉淀離子的過飽和度比較均勻，所以沉淀物的顆粒均勻而致密，便于洗滌過濾，制得的產品粒度小、分布窄、團聚少，該法正逐步取代直接沉淀法，用來制備粒徑分布均勻的高檔次納米ZnO粉體。常見的沉淀劑為氨水(NH3 化學方法納米ZnO的制備方法很多，主要可分為物理方法和化學方法，各種制備方法都在不斷發(fā)展和完善。本文主要是通過熱分解法來制備粒徑小、純度高、分布均勻的ZnO納米顆粒。 光電性能ZnO是直接帶隙半導體材料，當受到能量高于禁帶寬度的紫外光輻射時，ZnO會產生光電導效應。 催化降解ZnO在能量高于禁帶寬度的紫外光照射下，電子從價帶躍遷到導帶，同時在價帶中留下帶正電荷的空穴。研究表明，隨著納米ZnO顆粒尺寸的減小，禁帶寬度有增大的趨勢 [1]。Zn的納米離子在空氣中會迅速氧化而燃燒，納米顆粒暴露在大氣中會吸附氣體，并與氣體進行反應[1]。而實際上ZnO是纖鋅礦結構，Zn2+配位數為4，其原因是ZnO中離子極化，使r+/r值下降，從而導致配位數和鍵性的變化。由此對團聚體的控制和分散就成為了研究的又一重要方向。納米氧化鋅(ZnO)粒徑介于1100 nm之間，是一種面向21世紀的新型高功能精細無機產品，表現出許多特殊的性質，如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等，利用其在光、電、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。ZnO納米粒子的制備及表征畢業(yè)論文 目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 納米ZnO研究進展 1 納米ZnO的結構及基本性能參數 3 表面效應 4 小尺寸效應 5 量子尺寸效應 5 納米ZnO的應用 5 抗紫外線 6 催化降解 6 導電性能 6 氣敏性能 6 光電性能 6 發(fā)光性能 6 課題研究的主要內容 7第2章 納米ZnO制備方案及實驗體系的確定 8 納米ZnO制備方法介紹 8 化學方法 8 物理方法 12 納米ZnO制備方法的確定 12 本章小結 13第3章 納米ZnO的制備及表征 14 納米ZnO的制備 14 藥品與儀器 14 實驗步驟 14 納米ZnO的表征 16 X射線衍射（XRD） 17 掃描電子顯微鏡（SEM） 19 紅外分光光度計分析（FTIR） 21 熱重分析 24 納米ZnO粒徑的影響因素 25 攪拌方式的影響 25 反應時間的影響 25 反應溫度的影響 25 Zn2+濃度的影響 26 反應物配比的影響 27 前驅體焙燒溫度的影響 28 本章小結 28第4章 光催化性能及其影響因素的研究 29 光催化實驗 29 藥品與儀器 29 光催化機理 29 光催化實驗對象的選取 30 繪制甲基橙標準曲線 30 光催化實驗 31 結果與討論 32 甲基橙起始濃度的影響 32 ZnO投加量的影響 32 pH值的影響 33 不同焙燒溫度的影響 34 本章小結 35結 論 36致 謝 37參考文獻 38附錄 A 39附錄 B 48千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。因此，研制各種功能性納米材料具有廣闊的發(fā)展前景[1]。納米ZnO粒子，比表面積大，表面自由能高，容易團聚，這就導致納米ZnO性能的降低。按ZnO的r+/r值，Zn2+離子的配位數應該是6，應屬于NaCl型結構。表面原子的活性不但引起納米顆粒表面原子輸運和結構的變化，同時也引起表面電子自旋構象和電子能譜的變化。在納米粒子中，電子處于分立量子化能級狀態(tài)，其波動性帶來一系列特殊性質，如導電性、高的光學非線性，特異的催化和光催化性質等。因而納米ZnO顆粒具有防紫外線功能，可以應用于防化纖紡織品老化、防曬化妝品等領域[7]。與薄膜材料相比，納米ZnO顆粒小、比表面積大，這樣它對氣體的吸附量就大，所以納米ZnO顆粒有可能具有較好的氣敏性[8]。因此，無論從基礎理論研究角度而言，還是從實際應用角度而言，納米ZnO制備及其性能的研究都具有重要價值。下面介紹幾種制備ZnO的主要的化學、物理方法及其優(yōu)缺點。其原理是在包含一種或多種離子的可溶性鹽加入沉淀劑后，于一定條件下生成沉淀，并從溶液中析出，然后將陰離子除去，沉淀經熱分解后制得產品。與直接沉淀法容易出現局部過飽和相比，由于均勻沉淀法中加入的尿素等沉淀前驅體不立刻與被沉淀組分發(fā)生反應，而是通過創(chuàng)造一定的化學環(huán)境(例如增加反應體系的溫度等)使沉淀劑在整個溶液中緩慢地析出，以達到盡可能消除局部過飽和。2Zn(OH)2隨著ZnO22又水解生成氧化鋅，因為有氫氣生成，所以反應是不可逆的，最終形成氧化鋅納米球。 液相沉淀熱分解法[9]是最常用的制備粉末狀納米ZnO的方法，在含鋅的溶液中加入適合的沉淀劑，得到合乎要求的前驅體，然后在惰性氣氛或是空氣中，對前驅體進行加熱分解即可得到納米ZnO粉末。 MBE法[9]生長高質量的ZnO薄膜有兩種，一種是采用加微波的MEB，典型生長條件是采用藍寶石襯底，微波功率為120W，氧分壓約為1102Pa，反應溫度為500℃。此法一般以溶液在醇類中醋酸鋅為前驅體，可獲得電學性能極好的薄膜。下面給出請氧化鋅的分解方程式：Zn(OH)2→ZnO+H2O (217)氫氧化鋅分解時ZnO和H2O，雖然其分解溫度較低，不利于ZnO的生長，但是分解釋放出來的水在蒸發(fā)時由于毛細管凝結現象而使粒子凝結在一起，形成固相橋，從而導致粒子極易相互融合而長大。7H2O作為鋅源。首先將樣品由室溫升溫到100℃，電爐將進入設定的升溫程序中升溫。具體配比如表35所示：表35 焙燒溫度不同的平行實驗數據表焙燒溫度，℃ZnSO4，gNa2CO3，g300400500600700 納米ZnO的表征實驗過程中用到的對實驗產品進行表征的儀器見表36。用一定波長的X射線照射晶體樣品，則根據布拉格公式： 2d sinθ=λ (31)通過測量掠射角（入射或者衍射X射線與晶面間的夾角）θ，即可計算出樣品晶體結構的晶面間距，這就是X射線衍射法結構分析的依據。β，176。掃描電鏡就是這樣采用逐點成像的方法，把樣品表面不同的特征，按順序、成比例地轉換為視頻信號，完成一幀圖像，從而使我們在熒光屏上觀察到樣品表面的各種特征圖像。用紅外光譜吸收法測定某物質的組成，因其提供信息多且具有特征性亦不受樣品形態(tài)、熔點、沸點和蒸汽壓等影響的有點而被廣泛使用。所謂變位法，是根據天平梁傾斜度與質量變化成比例的關系，用差動變壓器等檢知傾斜度，并自動記錄。DTA曲線在225 ℃左右有一個明顯的放熱峰，表明前驅物中OH和CO32的分解基本是同步進行的，由熱分析曲線可知前驅體在350℃已分解完全，因此本實驗選取前驅體的最低焙燒溫度為350℃。由圖314可見，隨著反應溫度的升高，ZnO的粒徑明顯變小。圖316 物料配比對粒徑的影響 前驅體焙燒溫度的影響圖317 焙燒溫度對粒徑的影響焙燒溫度對納米ZnO的粒徑有重要影響，高的分解溫度可以加快分解，大的成核速率和快的生長速率。OH為強氧化劑，可以氧化相鄰的有機物，將難降解的有機物最終氧化為CO2和H2O等無機物。因此，用它作為染料模型化合物具有一定的代表性[17]。所以，為使光催化效果明顯，實際應用時應該考慮初始濃度這個影響因素。在反應進行到60min時全部取樣離心去上清液用紫外可見光分光光度計測量吸光度。圖47 焙燒溫度對降解效率的影響光催化降解的效率主要取決于兩個因素:一是催化劑的吸光能力，二是電子和空穴的分離能力 本章小結1簡述了納米ZnO光催化機理，載流子的產生、俘獲、復合和遷移過程；2簡述甲基橙作為光催化對象選取的原因及實驗步驟；、ZnO投放量、pH值和前驅體被燒溫度對光催化活性的影響。，在300℃焙燒前驅體得到的納米ZnO呈球形，粒徑約為5070nm，分布均勻。最后，再次向所有在我本科生活中，給予我關懷和幫助的老師和同學們表示最衷心的感謝！ 參考文獻1 姚嫦娥. 熱分解法制備納米材料. 浙江大學碩士學位論文, 2007, 68。9 閻子峰. 納米催化技術. 化學工業(yè)出版社. 2003:268318。18 楊玉英, 尚秀麗. ZnO納米粒子的制備與表征及其光催化活性. 蘭州石化職業(yè)技術學院學報, 2010, 10(1):13。有人還發(fā)現，光致發(fā)光ZnO多孔納米固體自組裝的影響因素。到目前為止，納米ZnO顆粒、納米帶和納米棒都用不同的方法成功制備過。在這項研究中，我們準備使用獨特的溶劑熱分解法（SHP）來制備多孔氧化鋅納米固體，以及對多孔氧化鋅納米固體的性能進行表征。為了提高ZnO納米粒子之間的分布均勻性，進行第二組平行試驗。由此就可以獲得樣品S8，S9，S10。使用日立H800型透射電子顯微鏡以120千伏加速電壓獲得樣品的透射電鏡照片。圖2. 樣品S2（a），樣品S3（b）和納米ZnO的XRD圖譜（c）SEM照片提供給我們另一個“自組裝過程”存在的證明。同時伴隨著樣品從溶劑中析出，氧化鋅納米粒子重結晶和團聚。作為紫外光電器件制造的重要材料，光致發(fā)光（PL）氧化鋅引起了很長一段時間的關注。通常情況下，由于ZnO納米粒子的制備過程中的Zn（OH）2在空氣中熱分解導致ZnO粒子的氧空位減少，從而使得其光致發(fā)光強度相應地變得薄弱。圖6顯示了樣品S5，S6，S7的孔徑分布?？讖椒植冀Y果如表1所示。事實上，從DTA去想可以看出從室溫到970℃ZnO多孔納米固體沒有反應，而且整個過程既不放熱也