氨水沉淀法制备六角形氧化锌1.doc
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1、精品论文推荐氨水沉淀法制备六角形氧化锌1杨鹏飞 1, 孟凡君 2, 李天铎 11 山东轻工业学院科技处,济南(214122)2 山东大学威海分校海洋学院,山东威海 (264209)E-mail: 摘要:在反相微乳液中,用 NH3H2O 沉淀 Zn(CH3COO)2 的方法制备了六角形氧化锌粒子前驱体,然后在 500C 下烧结获得了尺寸为 1.52.5m 的六角形氧化锌粒子。重点考察了沉淀剂类型、微乳体系的配比等因素对前驱体的影响,并对六角形前驱体的烧结温度进行了研 究。研究表明,只有氨水作沉淀剂的情况下才能得到六角形氧化锌粒子。关键词:应用化学;氧化锌;反相微乳液;六角形中图分类号:TN304
2、1. 引言高纯度氧化锌在介电材料1、发光材料23和工业催化4等领域具有广泛的应用,其制备 已成为国内外研究的热点。而除了材料的纯度外,粒子的尺寸和形状也对材料的性能有十分 重要的影响5。迄今为止,已有大量文献报道了纳米棒状6、叶轮形7、花形8等各种形貌 的氧化锌粒子的制备,而制备六角形氧化锌粒子的报道较少。王晓娟等人9通过蒸发溶剂法 得到了亚微米级六角形超晶格氧化锌,并解释了微乳液中粒子的形成机理,但是对于粒子的 制备条件,尤其是沉淀剂并没有作深入探讨。反相微乳液法1012可以合成出不同形状的粉体颗粒,而且沉淀过程相对容易控制、反 应条件温和,因而成为制备氧化锌粉体的重要方法13。在前期研究工
3、作的基础上14,采用 NH3H2O 在微乳液中沉淀 Zn(CH3COO)2 的方法,制备了六角形氧化锌粒子前驱体,然后在500C 下烧结获得了尺寸为 1.52.5m 的六角形氧化锌粒子,所用沉淀剂在烧结过程中很容易分解、挥发,可实现高纯度氧化锌的制备。同时,用其它沉淀剂 (NH4)2C2O4、(NH4)2CO3进行制备作对比研究。2. 实验部分2.1 试剂与仪器十六烷基三甲基溴化铵 (cetanyl trimethyl ammonium bromide,CTAB) 、异辛烷(均为分 析纯,中国医药集团上海化学试剂公司生产);正丁醇、无水乙醇、氨水、草酸铵、碳酸铵、 硝酸钡、硝酸铁(均为分析纯,
4、天津市天河化学试剂厂生产)。JEM-100CX型透射电子显微镜,日本日立公司生产;STA 449C 型 TG-DSC 分析仪, 德国 NETZSCH 公司生产;Rigaku/2200 XRD 粉末衍射仪,日本理学公司生产。2.2 制备与表征以#4 实验为例,如 Tab.1 所示,分别制备含有沉淀剂(氨水、草酸铵或碳酸铵)的微乳液 和含有 Zn(CH3COO)2 的微乳液。氨水的起始浓度记为 C1,单位 molL-1;醋酸锌起始浓 度记为 CZn,单位 molL-1。1本课题得到山东省优秀中青年科学家科研奖励基金资助项目(2004BS04015)资助。- 5 -表 1 #4 实验中反相微乳液的组
5、成Microemulsion systemCTAB/gn-Butanol/mLIsooctane/mLAqueous precipitantsolutionAqueous metalionsolutionTotal volume/mLC1/ molL-1Volume/mLCZn/ molL-1Volume/mL1.2270.21-101.227-0.1110依据所报道的方法14,将 10mL 微乳液缓慢滴加到 10mL 微乳液中,滴加完毕后继 续搅拌 10 分钟使其混合均匀,然后陈化过夜。陈化后的混合液用离心机分离出下层沉淀, 加入 6mL 体积比 1:1 的乙醇-水溶液,用超声波清洗器进行处
6、理后,离心分离,反复洗涤直至乙酸根离子除净。然后将沉淀置于鼓风干燥箱中在 60C 下烘干,从而获得六角形氧化锌前驱体。然后在 500C 下烧结,获得六角形氧化锌粒子。用 JEM-100CX型透射电子显微镜观察前驱体和烧结产物的形貌;用 STA 449C 型 TG-DSC 分析仪对前驱体进行热分析,参比为氧化铝,升温速率为 20Cmin-1,气氛为氮气; 用 Rigaku/2200 XRD 粉末衍射仪研究前驱体和烧结产物的结构和组成,工作电压 40KV,电 流 20mA。3. 结果与讨论3.1 产物的结构和形貌分析3.1.1 TGA-DSC 分析 用反相微乳液法制备六角形氧化锌前驱体(#4),并
7、进行热失重分析和差热分析(Fig.1)。5.2Weight/m g4.94.64.3457190325459593Temperature/(C)图 1 #4 样品的 TG-DSC 分析0-10-20Ex p./m W mg-1-30由图 1 可以看出,在 125C 左右,TGA 和 DSC 曲线分别有一个明显的峰,这是因为氢 氧化锌在该温度下失去水分子生成无规氧化锌;DSC 曲线在 400500C 之间有一个缓慢的 放热峰,这是由氧化锌结晶所形成。显而易见,烧结过程应该在高于 ZnO 的晶化温度(500C)下进行,这样才能保证 ZnO 的 完全晶化。但是,为了保证 ZnO 的形貌在烧结前后无变
8、化,烧结温度越低越好。基于以上 分析,本文选择在 500C 下烧结较长的时间(6h)。3.1.2 产物的结构分析把上述用反相微乳液法制备的#4 样品在 500C 下保温 6 小时,烧结前后的 XRD 图谱如 图 2 所示。其中 4-1 为烧结前的 XRD 图谱,4-2 为烧结后的 XRD 图谱。7500 Inte nsit y/a.u.6000 4500 3000 1500 0102 03 04050607 02/()图 2 #4 样品烧结后的 XRD 图谱Fig.2 中烧结后的#4 样品的衍射峰出现在:d=2.4802(I/I0=100)d=2.8193(I/I0=63.1) d=2.607
9、5(I/I0=45.4)d=1.6259(I/I0=33.1) d=1.4783(I/I0=30.5)d=1.3793(I/I0=25.1) d=1.9125(I/I0=23.1)d=1.3567(I/I0=6.3)与 PDF 文件 36-1451 六方纤锌矿结构氧化锌对比,除了 d 值略有偏移外,基本相符。这表明获得的产物的确是结晶 ZnO 粒子。3.1.3 产物的形貌分析烧结后#4 六角形氧化锌粒子的 TEM 照片如图 3(a)所示,由图中统计得出,粒子尺寸分 布在 1.52.5m 之间。(a)(b)图 3 氧化锌晶体烧结后的 TEM 图像3.2 制备条件对粒子形貌的影响氨水的起始浓度记为
10、 C1,单位 molL-1;草酸铵的起始浓度记为 C2,单位 molL-1;碳酸 铵的起始浓度记为 C3,单位 molL-1。微乳液中水相的体积记为 V单位 mL;微乳液中 水相的体积记为 V,单位 mL。如 Tab.2 变化前驱体的制备条件,考察不同制备条件对前驱体 形貌的影响。表 2 前驱体的制备条件和形貌Seri. No.C1/ molL-1C2/ molL-1C3/ molL-1CZn/ molL-1V/mLV/mLShape10.02-0.012.52.5Hexagonal20.04-0.022.52.5Hexagonal30.1-0.052.52.5Hexagonal40.2-0.
11、12.52.5Hexagonal50.4-0.22.52.5Complicated60.2-0.10.50.5Rodlike70.2-0.11.01.0Rodlike80.2-0.11.51.5Hexagonal90.2-0.12.02.0Hexagonal40.2-0.12.52.5Hexagonal10-0.2-0.10.50.5Rodlike11-0.2-0.11.01.0Rodlike12-0.2-0.11.51.5Complicated13-0.2-0.12.02.0Complicated14-0.2-0.12.52.5Complicated15-0.20.10.50.5Rodlik
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