微波合成zno納米材料的研究進(jìn)展(編輯修改稿)
2024-07-25 18:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)電鏡照片，可見ZnO球形貌均衡，粒徑分布400~700nm，平均直徑為580nm。圖21(b)和(c)是高倍掃描電鏡圖，表明所得ZnO空心球是由ZnO納米顆粒組成的。從圖21(d)空心球的透射電鏡照片可見，空心球是由粒徑約30nm的納米顆粒自組裝構(gòu)成的具有分層結(jié)構(gòu)的球體。電子衍射圖中清晰的衍射環(huán)表明氧化鋅是纖鋅礦結(jié)構(gòu)。圖21(e)，可見是纖鋅礦ZnO晶體的(002)晶面。從圖21(f)中空心球的XRD圖吸收峰可見，空心球中的ZnO為六方纖鋅礦物相的晶體。圖22中N2吸附解吸等溫線表明獲得的具有分層結(jié)構(gòu)的ZnO空心球具有平均孔徑約為23nm的介孔結(jié)構(gòu)， m2g?1 ， cm3g?1。圖21 在200℃微波輻照30min條件下獲得的ZnO空心球的SEM(a)(c)、TEM(d)和HRTEM(e)和XRD(f)圖像，插圖顯示了相應(yīng)的電子衍射圖。圖22 ZnO空心球的氮吸附解吸等溫線(a)和孔徑分布圖(b)在200℃條件下，通過分析微波加熱不同時(shí)間獲得的產(chǎn)物，對(duì)具有分層結(jié)構(gòu)的ZnO空心球的形成過程進(jìn)行探究。圖23 (a)和(b)顯示的是反應(yīng)5min后獲得產(chǎn)物的電鏡照片，只有粒徑約為20nm的ZnO納米顆粒，這些納米顆粒出現(xiàn)軟團(tuán)聚，呈球形的硬團(tuán)聚現(xiàn)象觀察不到。圖23 (c)和(d)是反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)到10min后產(chǎn)物的電鏡照片，除了不規(guī)則的軟團(tuán)聚，還出現(xiàn)大量由20nm的ZnO納米顆粒構(gòu)成的粒徑分布200~350nm的ZnO初期空心球。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)到30min，生成大量均勻的由30nm左右ZnO納米顆粒構(gòu)成的粒徑分布400~700nm的ZnO空心球。這些結(jié)果充分表明了具有分層結(jié)構(gòu)的ZnO空心球是由ZnO納米顆粒自組裝直接形成的，而不是由預(yù)先形成的ZnO實(shí)心球被挖空得到的。圖23 在200℃微波加熱不同時(shí)間下ZnO產(chǎn)品的掃描電子顯微圖((a),(c))和透射電子顯微圖((b),(d))：反應(yīng)時(shí)間(a),(b) 5min；(c),(d) 10min 接著做了對(duì)照實(shí)驗(yàn)，使用傳統(tǒng)加熱方式，在其他條件不變的情況下，探究了不同時(shí)間生成的ZnO空心球。反應(yīng)12小時(shí)后，圖24 (a)和(b)的結(jié)果顯示只有粒徑約為25nm的納米顆粒和不規(guī)則的軟團(tuán)聚現(xiàn)象，與微波加熱條件下反應(yīng)5分鐘的結(jié)果有些相似。反應(yīng)24小時(shí)后，圖24 (c)和(d)的結(jié)果表明除了不規(guī)則的軟團(tuán)聚現(xiàn)象，還生成了許多由納米顆粒構(gòu)成的初期空心球。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至48小時(shí)，從圖24 (e)和(f)可見生成大量由40nm左右的納米顆粒構(gòu)成的300~720nm的空心球，并且這些ZnO空心球不同程度上出現(xiàn)殘缺，有較寬的粒徑分布?？梢姡c傳統(tǒng)加熱方式相比，微波加熱熱效率高，可顯著縮短反應(yīng)時(shí)間和大大改進(jìn)獲得的ZnO空心球的質(zhì)量。圖24 在200℃?zhèn)鹘y(tǒng)加熱條件下不同時(shí)間獲得ZnO的掃描電鏡圖(a),(c)(f)和透射電鏡圖(b)：(a),(b)12h；(c),(d)24h；(e),(f)48h 通過對(duì)上層清液進(jìn)行紅外光譜分析，與純乙酸乙酯的紅外光譜圖對(duì)比，從圖25可見，兩者具有相似的吸收峰，說明上清液中有乙酸乙酯，也表明在反應(yīng)中生成了乙酸乙酯。并且上清液的芳香氣味也證明了乙酸乙酯的生成。因此，反應(yīng)機(jī)理可闡述為醋酸鋅和乙醇發(fā)生了酯化反應(yīng)生成了乙酸乙酯和ZnO，并且微波加熱可能顯著促進(jìn)了酯化反應(yīng)的反應(yīng)速率。圖25 乙酸乙酯(a)和除去ZnO空心球的上層溶液(b)的紅外光譜分析圖由于生成的乙酸乙酯的沸點(diǎn)比乙醇低，基于此，提出了ZnO空心球是由ZnO納米顆粒在乙酸乙酯氣泡模板上自組裝形成的反應(yīng)機(jī)理。反應(yīng)過程如圖26所示，首先微波加熱下醋酸鋅和乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)，快速生成ZnO納米顆粒和溶于乙醇的乙酸乙酯；接著連續(xù)不斷的乙酸乙酯的生成導(dǎo)致形成大量的乙酸乙酯氣泡，促使ZnO納米顆粒附在氣液界面處，形成初期的空心球；最后ZnO納米粒子進(jìn)一步熟化長(zhǎng)大和團(tuán)聚，圍繞氣泡形成緊密的殼，形成最終的ZnO空心球。圖26 微波加熱條件
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