2022年液相法制备氧化锌纳米粉体研究报告进展.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用液相法制备氧化锌纳M 粉体的讨论进展黄璇璇<长安高校材料科学与工程学院,陕西西安）摘要 液相法是制备性能良好的氧化锌粉体的有效方法,因其制备形式的多 样性、工艺简洁、产物组成易控等特点而得到广泛应用；概述了液相法合成纳 MZnO粉体的讨论进展,重点介绍了几种基本的液相合成法,如沉淀法、溶胶 一凝胶法水热法、微乳液法、超重力法,比较其优缺点,并对进一步的讨论方 向和进展趋势提出了见解； 关键词 纳 M 氧化锌液相法制备 纳M氧化锌由于尺寸小、比表面积大,因此与一般氧化锌微粒相比具有许 多特别的性质,如体积效应、表面效应、量子隧道效应、久保效应,具有非迁 移性、荧光性、压电性、光吸取性和散射紫外光才能,在橡胶、陶瓷、涂料、日用化工、催化剂、吸波材料、导电材料、磁性材料等领域有重要的应用价值；纳MZn0材料的良好功能性表达的前提是要有粒径小、颗粒分布匀称、分散性好 的纳 MZn0粉体；因此,纳 MZnO粉体的制备工艺成为讨论热点；纳 M氧化锌粉 体的制备方法可分为液相法、气相法、固相法；液相法是挑选一种或多种合适 的可溶性金属盐类,按所制备的材料组成计量配制成溶液,使各元素呈离子或 分子态,再挑选一种合适的沉淀剂或通过蒸发、升华、水解等操作,使金属离 子匀称沉淀或结晶出来,最终将沉淀或结晶脱水或加热分解得到所需的材料粉 体；液相法生产的产品纯度高,化学组成简洁精确掌握,适于大规模生产；1 液相制备纳 M氧化锌的方法 依据制备过程的不同,液相法可分为沉淀法、溶胶一凝胶法、水热法、微 乳液法、超重力法；1．1 沉淀法 沉淀法是把沉淀剂加入金属盐溶液中进行沉淀处理,再将沉淀物洗涤、热 分解,得到所需的最终化合物产品的方法该工艺主要包括沉淀的生成和固液分 离两部分,其中沉淀的生成是该工艺的关键步骤沉淀法又可分为直接沉淀法、匀称沉淀法；1．1．1 直接沉淀法名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用直接沉淀法是制备纳 M氧化锌普遍采纳的一种方法,其步骤是在锌的可溶性盐溶液中加入沉淀剂,在肯定条件下生成沉淀,再将沉淀洗涤、热分解等处理后得到纳 M氧化锌粉体；制备过程如图 1所示；袁光明等以氯化锌为原料,草酸铵为沉淀剂,采纳直接沉淀法制备纳 M氧化锌,发觉在草酸铵溶液浓度为0．8mol／I 、pH值为 3．4、水浴温度为 60℃、反应时间为 3.5h、焙烧温度为 500摄氏度、焙烧时间为 3h的反应条件下可以获得 粒度小于 70nm的氧化锌产品,但粉体团圆较多；丁士文等以 ZnSO等为原料,采纳直接沉淀法在 100℃以下制备了球形纳 MZnO,其平均粒径为 20nm,晶型为 六方晶系；讨论了反应时间、反应物浓度及物料配比等条件对产物粒径和产率 的影响；直接沉淀法操作简洁易行,对设备和技术要求不高,不易引入杂质,产品 纯度很高,有良好的化学计量性,成本较低,但存在洗涤原溶液中的阴离子较 难,得到的粒子粒径分布较宽、分散性较差等缺点；于是在此基础上又进展了 用表面活性剂对纳 M氧化锌进行表面改性的方法；李斌等以硝酸锌为原料,氨水为沉淀剂,同时加入表面活性剂聚乙二醇一400,采纳直接沉淀法制得了平均一次粒径为 40~60nm、分散性较好的纳 MZnO 粉体；讨论说明,表面活性剂的加 入提高了粉体的分散性,有效掌握了粉体的粒径；朱磊等对传统的直接沉淀法进行了改进：分别称取无水碳酸钠和七水硫酸锌〔物质的量比为 1：1,配成0．2mol／L的溶液；在磁力搅拌下,将硫酸锌溶液逐滴加入碳酸钠溶液中,同时按同样的滴入速度向溶液中加入3倍浓度的碳酸钠溶液,以保证反应体系中碳酸根离子的浓度不变；反应完全后将所得沉淀物分别干燥后在 300℃煅烧 2h,得 到了粒径在 10nm左右的氧化锌样品；采纳不同的表面修饰剂 〔月桂酸钠、 Span-60和油酸 >对纳 M氧化锌进行表面改性,发觉含有活泼氢原子的油酸修饰成效最 佳；1．1．2 匀称沉淀法 匀称沉淀法所加入的沉淀剂不是立刻在溶液中发生沉淀反应,而是利用沉名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用淀剂的某一化学反应缓慢地、匀称地释放出构晶离子,使沉淀匀称地析出；与直接沉淀法相比,匀称沉淀法由于沉淀剂在整个溶液中匀称地析出,所得纳 M微粒大小比较匀称；常用的匀称沉淀剂有尿素〔CO〔NH > >和六亚甲基四胺 〔C H N >；以尿素作沉淀剂发生以下水解反应； CO〔NH2>2+3H20— cO2+2NH· H2O辛显双等 l7 以尿素为沉淀剂,采纳匀称沉淀法与可溶性Zn2 盐反应制备纳MZnO；从可溶性 Zn；盐中优化出正确原料为硝酸锌；通过正交试验法挑选出正确工艺条件是：尿素与硝酸锌的物质的量比为3．5：1,反应时间为 1．0h,反应温度为 105℃；收率为 93．80％,粒径为 1~17nm；由于匀称沉淀法可以精确掌握各组分的含量,使不同组分实现分子或原子 水平的混合,且反应物溶液浓度高,有较高的粉末产出比,故具有一系列的优 点,如工艺简洁、操作便利、对设备的要求不高、投资少、生产成本低、产物 纯度高、成分可控、组分匀称,易于实现工业化生产,并且生产的粉末分散性 好；但是,阴离子的洗涤较为困难,粉体易团圆,从而恶化粉体性质；罗重霄等对传统的匀称沉淀法加以改进,在反应过程中加入十六烷基三甲 基溴化铵 〔CTAB>作为模板剂,并用超声波震荡,合成出了分散好、导电性能优 良的白色掺铝氧化锌纳 M 晶；利用超声与模板的协同作用,加速界面间的传质 和传热过程,实现反应体系在分子水平上的扩散和掺杂；同时,模板剂的加入 克服了粉体间的团圆,有效掌握了产物的粒径尺寸,提高了产物的分散性；两 者的协同作用,达到了现有的共沉淀法难以实现的成效；余姗姗等采纳匀称沉 淀法,以尿素、 Zn〔NO3>2· 6H O和Al〔N03>3· 9H2O为原料,在水一乙二醇溶液 中制备了 A1掺杂 ZnO〔ZAO> 纳M 棒；扫描电镜 〔SEM>和高辨论透射电镜 〔TEM>结果显示：随着反应体系中乙二醇体积比和Al 掺杂量的增加, ZAO纳M棒的长径比先增大后减小；在 〔水>／V〔乙二醇 >一4、Al 掺杂量为 5 〔摩尔分数 >时,制 得的纳 M棒长径比最大为 25、直径为 10nm；反应过程中乙二醇对 ZAO 结构影响 的具体机制,仍有待进一步讨论；1．2 溶胶 -凝胶法 该方法是利用金属醇盐的分解或聚合反应制备金属氧化物或金属氢氧化物 的匀称溶胶,再浓缩成透亮凝胶,干燥、烧结成粉体；溶胶一凝胶法反应温度 低,过程简洁掌握,产品纯度高,粉体粒径较小,且粒度分布窄；但是它也有名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用不足之处,如原料价格高,有机溶剂的毒性以及在高温下热处理时会使颗粒快速团圆,工艺过程放大较难；工业化应用有很大困难,该方法比较适合试验室讨论；邵义等以 Zn〔AC> · 2H O为主要原料,通过添加少量La O、Bi〔NO 3>·5H O作为 ZnO半导体价带掌握因素和有效掺杂试验验证,同时降低了制备成本,并以柠檬酸为络合剂,利用新型Sol-gel法合成了粒度分布窄、粒径约为54nm的纳M粉体；尚汴卿等以硝酸锌和甲醛改性明胶作为原料,采纳溶胶一凝胶法制备 出晶粒粒径为 20.4nm的纳 M氧化锌,工艺简洁,成本低；制得的纳 M氧化锌在 紫外光强度低的太阳光照耀时仍有明显的光催化性能,为低成本开发印染厂污 水处理供应了一种易行的工艺路线；1．3 水热法 水热法是将反应前驱物可溶锌盐溶液和碱分置于管状高压釜中,在高温高 压下分置的锌盐和碱液快速混合进行反应；其实质是：将可溶性锌盐和碱液混 合形成氢氧化锌的 “沉淀反应 ”和氢氧化锌脱水生成氧化锌的 “脱水反应 ”集合在 同一反应器内同时完成,得到比一般水热反应颗粒度小很多的结晶完好的 ZnO 晶粒；水热反应温度及衬底对合成 ZnO粉体的影响是水热法制备 ZnO粉体讨论的重点； Chen等通过水热法胜利地制备了ZnO粉体,讨论了反应温度及有机添加剂对微粒的外形及尺寸的影响；结果说明,高温能导致不同晶风光上的增长 速度相像,不同衬底形成不同外形及尺寸的微粒；范学运等口采纳 3种不同的前 驱体,以三聚磷酸钠为表面活性剂,水热法合成了外形接近正六边形、厚度小 于50nm 的纤锌矿型片状纳 MZnO ,考察了不同前驱体对所得片状氧化锌各晶面 衍射强度的变化、形貌及光学性能的影响；邵思飞等；以醋酸锌和氢氧化钠为前驱物,通过添加表面活性剂〔聚己二醇 >、转变反应溶液浓度胜利地制备了平均长径比为 7～15的ZnOM 捧和菊花状 ZnO纳M线,实现了 ZnO纳M 结构的可控名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用生长； 该方法为各种前驱物的反应和结晶供应了一个在常压条件下无法得到的、特别的物理和化学环境,相对于其它制备方法具有在相对较低的温度下就能获 得结晶物质,可免去进一步烧结等优点；但水热法仍存在以下不足： 〔1>在密闭的容器中进行反应,无法观看生长过程,不直观；〔2>对设备要求高 〔耐高温高压的钢材、耐腐蚀的内衬 >,技术难度大 〔温度掌握严格 >,成本高； 〔3>安全性 能差； 〔4>能量消耗大；1．4 微乳液法 微乳液法是两种互不相容的溶剂在表面活性剂的作用下形成微乳液,在极小的纳 M微水池内成核、生长、聚结、团圆,然后热处理得到纳 M粒子；做乳 液可分为 W／O型、 O／W 型、油水双连续型 3种,制备纳 M氧化锌通常采纳 W／O型；锌盐溶解在微乳液 A的油相中,形成极微小且被表面活性剂和油相包围的水核,然后与含有沉淀剂的溶液或微乳液B混合,利用微乳液中的微小水核作反应器；从而得到纳 MZn〔> ；具体制备过程如图 3所示；周富荣等以 CTAB／煤油／正辛醇氨水为反胶束微乳体系,采纳双微乳液混合法制备了纳 MZnO,并考察了 CTAB和反应物浓度对 ZnO粒径的影响；结果说明随着表面活性剂浓度的增加,ZnO纳M粒径逐步减小；这主要是由于表面活性剂浓度增加,含水量相对削减,使反胶束 “水池 ”的粒径逐步变小,从而导 致微乳液中的反应容器减小,最终生成的产物粒径也相应地减小；徐羽翰等一 嘲认为表面活性剂的种类和用量、反应温度、反应物浓度比、后处理温度准时 间对微乳法制备纳 M氧化锌的形貌和粒径具有重要影响,通过转变各反应参数可以实现产物从零维向一维方向的转变；微乳法制得的纳M氧化锌结构匀称、名师归纳总结 分散性好,仍可通过人为掌握纳M微水池的大小,进而掌握产物的粒。