Ag ZnO纳米复合材料的制备

运城学院应用化学系

文献综述

Ag/ZnO纳米复合材料的制备

学生姓名 王新光 学 号 2010080412 专业班级 应用化学1004班 批阅教师 成绩

2013年06月

Ag/ZnO纳米复合材料的制备

1. 研究背景

纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。

2.制备方法

2.1采用沉淀法制备

周广、邓建成、王升文[1]采用配位均匀共沉淀法制备了平均粒径约为20 nm的Ag/ZnO纳米复合材料。利用XRD、TEM及UV-Vis等技术对样品进行了表征,并将其与用浸渍光分解法和光还原沉积法制备的样品在形貌结构及催化降解甲基橙溶液和工业废水性能方面进行了比较。结果表明,采用配位均匀共沉淀法制备的样品,表现出更加优异的催化降解性能。

庹度[2]采用沉淀法制备了纳米氧化锌,并以它为前驱物,采用高温分解法对纳米氧化锌进行了载银改性处理,制备了载银氧化锌复合纳米粒子,考察了载银前后纳米粒子的粒径与结构。研究发现,采用沉淀法制备的纳米氧化锌尺寸较为均匀,粒径约为170nm,分散性也较好;载银后的复合纳米粒子粒径略有增加,这来源于银在纳米氧化锌粒子外的成功包覆。

斯琴高娃、照日格图、姚红霞、嘎日迪[3]以ZnCl2.2H2O和无水(NH4)2CO3为原料,采用直接沉淀法制备了纳米氧化锌.TG-DTG-DTA、IR分析结果表明,前驱体为碱式碳酸锌[Zn5(OH)6(CO3)2].前驱体经300℃煅烧1 h、2 h、3 h后分别得到粒径不

同的纳米氧化锌.用XRD、TEM和BET等进行表征,300℃煅烧2 h得到的纳米氧化锌的最小粒径约为8 nm,最大约为15 nm,平均粒径约为12 nm,比表面积为80.56 m2/g,纯度达99.9%以上,结果较为满意.

郝彦忠、卢俊爱[4]以Ti(SO4)2和Zn(NO3)2为原料,尿素为沉淀剂宿主,运用尿素加压法进行压热反应,经干燥煅烧制备纳米TiO2与ZnO复合纳米粉体,用TEM、XRD对其进行了表征。本文主要研究了ZnO和TiO2的不同配比及煅烧温度对复合纳米粉体光电性能的影响,将TiO2ZnO复合纳米粉体制备成纳米结构电极并进行了光电化学研究。 2.2采用微波法制备

邵桂雪、本文[5]采用微波辅助多元醇法,系统的研究了可控制备不同形貌纳米Ag及形成机理,并以所得Ag纳米线为原料,采用微波法和水热法,研究了蠕虫状结构Ag/ZnO和鞭炮状结构Ag/ZnO制备及其生长机理。由约100nm ZnO纳米棒垂直于Ag纳米线长度方向生长而形成。

李莉、李恩帅、赵月红、禚娜[6]采用微波辅助合成方法制备了具有高光催化活性的纳米复合材料Ag/ZnO-ZnS,经X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜配合X-射线能量色散谱仪(SEM-EDS)以及氮气吸附-脱附测定等对合成材料的结构、形貌和表面物理化学性质进行了表征。结果表明,经微波处理后的纳米复合材料Ag/ZnO-ZnS中Ag以单质形式存在,具有纤锌矿晶型结构,属介孔材料,平均孔径约为4.1nm,比表面积更大,颗粒分布更加均匀。通过模型分子若丹明B分别考察了紫外和微波辐射下Ag/ZnO-ZnS的光催化活性,结果显示,微波辅助合成的Ag/ZnO-ZnS具有更高的光催化活性,其在微波增强光催化条件下,40min内对若丹明B脱色率达99%以上,明显高于市售P25等其他体系。

张晓红、李恩帅、李莉、曹艳珍、周帅[7]采用溶胶-凝胶再结合程序升温溶剂热法制备了纳米复合材料Ag/ZnO,通过X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、透射电子显微镜(TEM)以及扫描电子显微镜配合X-射线能量色散谱仪(SEM-EDS)等测试手段对其结构、形貌等进行了表征。结果表明,复合材料中Ag以单质形式存在且掺杂于ZnO表面,产物具有六方晶系纤锌矿结构,其颗粒尺寸小于10 nm,孔径分布

均匀,平均孔径约为3.9 nm。为考察上述复合材料的光催化活性,以二甲酚橙为模型分子,在微波场作用下,进行了微波增强光催化降解实验。结果显示,采用微波技术能较大幅度提高复合材料Ag/ZnO对二甲酚橙的降解率,其80 min内对二甲酚橙的降解率可达99%以上。 2.3其他制备方法

权传斌[8]综述了掺铝氧化锌的光电性能、缺陷结构及能带结构特征及其用途。 以Zn(C2H3O2)2·2H2O、AlCl3和(COOH)2·2H2O为主要原料，利用溶胶-凝胶法制备了ZnO，以APS(NH2CH2CH2CH2Si(C2H5O)3)等为原料制备了不同ZnO含量的复合样品：并改变反应的煅烧时间和温度。

吕海飞[9]利用射频磁控溅射的方法在Si(111)衬底上依次镀上Ag和ZnO薄膜,并将该复合薄膜在750度的空气中退火一个小时。样品的XRD和FESEM结果表明,Ag薄膜在退火过程中会团聚成颗粒,并在ZnO薄膜中扩散,从而导致复合薄膜中出现“孔洞”,这对ZnO的结晶造成一定的破坏,并且随着Ag厚度的增加,对ZnO结晶质量的破坏就越严重。样品的PL结果表明,复合薄膜ZnO/Ag(5nm)和ZnO/Ag(10nm)在退火后的发光强度较纯ZnO薄膜在相同条件下退火后的发光强度有不同程度的增强,特别是ZnO/Ag(10nm)复合薄膜的带边发射强度为纯ZnO的12.3倍。我们把这种增强归结于Ag纳米颗粒的局域表面等离子体(LSP)的作用。而对于那些发光减弱的复合薄膜样品(ZnO/Ag(15nm)、ZnO/Ag(30nm)、ZnO/Ag(55nm)),我们认为Ag纳米颗粒在扩散过程中降低了ZnO的结晶质量,从而使复合薄膜的带边发射减弱。因此,一方面,Ag纳米颗粒的LSP具有增强ZnO的发光的作用,另一方面,Ag颗粒在扩散过程中会降低ZnO的结晶质量,使带边发射减弱,这两者相互竞争,从而最终决定复合薄膜的发光强度。

井立强、孙晓君、蔡伟民、郑大方、徐跃、徐朝鹏、徐自力、杜尧国[10]用焙烧前驱物碱式碳酸锌的方法制备了ZnO纳米粒子,采用光还原沉积贵金属的方法分别得到了质量分数为0.5%的Pd/ZnO和Ag/ZnO复合纳米粒子, 贵金属在ZnO纳米粒子表面形成原子簇的原因及沉积贵金属对ZnO纳米粒子表面光电压信号的影响.以光催化氧化气相正庚烷为模型反应,考察了沉积贵金属对ZnO纳米粒子光催化活

性的影响,并探讨了光催化活性有所提高的内在原因.结果表明,ZnO纳米粒子沉积贵金属后,其表面光电压信号明显下降,而光催化活性却大大地提高,这说明可以通过表面光电压谱的测试来初步的评估纳米粒子的光催化活性,即粒子的表面光电压信号越弱,其光催化活性越高.

田大听、吴迎春、鲁超[11]用纳米ZnO为原料,以魔芋葡甘聚糖(KGM)为基体,采用共混法制得KGM/ZnO纳米复合物。由于纳米ZnO粒子的引入,KGM分子FTIR的某些特征峰的波数发生明显变化;纳米ZnO在复合物中的分散性较好;复合材料的热稳定性高于KGM薄膜;此外,复合材料的力学性能有所提高。

3.本人的研究思路

3.1简单制法

将氧化锌置入自身重量5～10倍、40℃～75℃的去离子水中，搅拌均匀制成氧化锌溶液；向氧化锌溶液通入CO?气体，同时搅拌，加热升温到85℃～90℃，保温240～450分钟，然后停止通入CO?气体和加热；将反应后的溶液滤除水后所得物在400℃以下温度进行烘干，然后粉碎；将粉碎物粉碎后再置于250℃～600℃环境下焙烧后获得纳米氧化锌。 3.2化学法

Ⅰ固相法 （1） 碳酸锌法

利用硫酸锌制得前驱物碳酸锌，在200℃烘1h，得纳米氧化锌初产品:经去离子水、无水乙醇洗涤，过滤，干燥可得纳米氧化锌产品。

（2） 氢氧化锌法

利用硝酸锌制得前驱氢氧化锌，在600℃保持2h，高温热分解得纳米氧化锌。 Ⅱ液相法 （1） 直接沉淀法

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