赵丽华科技文献翻译.doc

1、科 技 文 献 翻 译纳 米 氧 化 锌 表 面 涂 有 二 氧 化 钛 符 合 微 粒 的 制 备 及 其性 质 研 究学 院 ： 化 学 与 生 物 学 院 专 业 年 级 ： 化 学 2009 级 学 生 姓 名 ： 赵 丽 华 班 级 学 号 ： 200913020230 指 导 教 师 ： 孙 刚 二 O 一三年 五月 二十五日 摘 要本 文 介 绍 了 纳 米 氧 化 锌 表 面 涂 有 二 氧 化 钛 符 合 微 粒 的 制 备 及 其 性 质 。 并 用 透射 电 子 显 微 镜 ， 扫 描 电 子 显 微 镜 ， XRD 对 其 进 行 了 表 征 ， 又 用 FTIR 光

2、谱 对 符合 粒 子 的 光 催 化 和 吸 收 进 行 了 研 究 。 四 钛 酸 在 有 二 乙 醇 胺 作 为 添 加 剂 的 纳 米 氧 化锌 的 乙 醇 溶 液 中 被 水 解 ， 从 而 使 厚 度 在 20 至 30 纳 米 的 膜 覆 盖 在 纳 米 氧 化 锌 的 表面 ， 经 过 培 烧 和 干 燥 后 ， 复 合 粒 子 中 有 钛 酸 锌 生 成 。 与 没 有 在 表 面 涂 有 二 氧 化 钛的 氧 化 锌 纳 米 微 粒 相 比 ， 表 面 涂 有 二 氧 化 钛 的 纳 米 氧 化 锌 复 合 微 粒 溶 于 苯 酚 的 溶液 中 后 ， 其 光 催 化 作 用

3、 大 大 提 高 了 。 纯 的 纳 米 氧 化 锌 微 粒 ， 二 氧 化 钛 纳 米 微 粒 ，以 及 他 们 两 者 混 合 微 粒 平 均 大 小 相 近 。 与 纯 的 同 样 大 小 纳 米 氧 化 锌 和 二 氧 化 钛 微粒 相 比 ， 纳 米 氧 化 锌 与 纳 米 二 氧 化 钛 复 合 微 粒 的 光 吸 收 范 围 扩 大 了 。引 言通 常 研 制 出 不 同 组 成 的 涂 层 材 料 ， 从 而 提 高 或 改 变 涂 层 材 料 的 性 能 ， 如 化 学 ，磁 ， 光 。 因 为 合 成 这 种 复 合 材 料 是 非 常 廉 价 的 ， 因 此 ， 这 种

4、复 合 材 料 具 有 经 济 利益 上 的 生 产 价 值 。 如 果 一 种 材 料 不 能 制 成 理 想 的 形 状 ， 可 以 把 这 种 材 料 覆 盖 在 具有 相 同 形 状 不 同 组 成 微 粒 的 表 面 。 作 为 重 要 的 无 机 材 料 ， 纳 米 氧 化 锌 和 纳 米 二 氧化 钛 具 有 各 自 的 特 性 和 应 用 的 局 限 性 。 例 如 ， 纳 米 二 氧 化 钛 只 可 以 抵 挡 紫 外 线 ，而 纳 米 氧 化 锌 不 仅 可 以 抵 挡 紫 外 线 还 可 以 抵 挡 红 外 线 。 作 为 光 催 化 材 料 ， 纳 米 二氧 化 钛 对

5、 有 机 物 污 染 的 降 解 能 力 通 常 优 于 在 纳 光 灯 或 阳 光 直 接 照 射 下 的 氧 化 锌 ，但 是 纳 米 氧 化 锌 对 在 阳 光 照 射 下 的 二 氧 化 钛 的 这 种 能 力 具 有 反 作 用 。 而 且 与 二 氧化 钛 相 比 ， 纳 米 氧 化 锌 作 为 降 低 水 溶 液 中 有 机 物 污 染 的 原 料 是 比 较 廉 价 的 。 纳 米氧 化 锌 表 面 涂 有 二 氧 化 钛 从 而 制 成 的 复 合 微 粒 应 具 有 他 们 两 者 的 优 点 。 有 一 些 书刊 是 关 于 在 纳 米 二 氧 化 钛 表 面 涂 有 氧

6、 化 锌 而 制 成 的 复 合 微 粒 ， 这 些 复 合 微 粒 通 常作 为 间 环 节 有 机 污 染 物 光 催 化 材 料 。 当 前 有 一 些 书 籍 是 关 于 在 纳 米 氧 化 锌 表 面 涂上 二 氧 化 钛 复 合 粒 子 的 制 备 及 其 性 质 研 究 。 本 文 中 利 用 了 溶 胶 凝 胶 法 制 备 纳 米 氧化 锌 二 氧 化 钛 复 合 微 粒 。 并 对 这 种 微 粒 的 性 质 与 纯 的 纳 米 氧 化 锌 ， 二 氧 化 钛 ，以 及 这 两 者 的 混 合 物 的 性 质 进 行 了 比 较 和 研 究 。过 程试 验 试 剂 和 药 品

7、分 析 纯 ： 太 酸 四 丁 酯 （ 北 京 化 学 试 剂 公 司 ） ， 乙 醇 （ 北 京 化 工 厂 ） ， 二 乙 醇胺 （ 北 京 伊 犁 化 学 试 剂 有 限 公 司 ） ， 聚 丙 烯 酸 （ 分 散 纳 米 氧 化 锌 粉 末 ） ， 纳 米 氧化 锌 粉 末 （ 4060nm） ， 氨 气 ， 硝 酸 锌 溶 液 ， 纳 米 二 氧 化 钛 粉 末 （ 20nm,80nm） 。实 验 过 程将 5 克 纳 米 氧 化 锌 粉 末 和 0.015 克 局 丙 烯 酸 溶 于 200ml 乙 醇 溶 液 中 ， 在 70 摄氏 度 的 水 浴 中 ， 机 械 搅 拌 12

8、小 时 ， 每 分 钟 转 速 为 600。 向 60 摄 氏 度 水 浴 中 的 三 颈烧 瓶 加 含 0.18mol/L 的 钛 酸 四 丁 酯 和 0.09mol/L 二 乙 醇 胺 的 酒 精 溶 液 ， 搅 拌 30 分 钟 ，然 后 将 制 备 好 的 纳 米 氧 化 锌 粉 末 加 到 上 述 烧 瓶 中 。 再 加 入 蒸 馏 水 和 酒 精 的 混 合 溶液 30ml， 再 在 60 摄 氏 度 的 水 浴 中 搅 拌 两 个 小 时 ， 整 个 过 程 中 要 用 氮 气 保 护 。 将制 备 好 的 溶 液 经 过 离 心 分 离 后 ， 将 沉 淀 在 80 摄 氏 度

9、 的 真 空 中 干 燥 6 个 小 时 ， 然 后在 600 摄 氏 度 下 焙 烧 四 个 小 时 ， 即 可 得 纳 米 氧 化 锌 与 纳 米 二 氧 化 钛 的 复 合 粒 子 。表 征将 得 到 的 复 合 粒 子 溶 于 苯 酚 的 溶 液 后 ， 用 紫 外 和 可 见 分 光 光 度 计 对 其 进 行 测试 。 用 透 射 电 镜 来 测 试 复 合 粒 子 的 形 态 和 大 小 。 用 XRD 来 测 试 复 合 粒 子 的 性 质 ，用 X 射 线 测 试 复 合 粒 子 的 组 成 ， 用 傅 立 叶 变 换 红 外 光 谱 来 测 试 复 合 粒 子 粉 末 的组

10、 成 ， 用 X 射 线 光 能 谱 来 测 试 复 合 粒 子 粉 末 的 成 键 状 态 和 表 面 原 子 的 组 成 。 利 用紫 外 线 灯 作 为 光 源 对 粒 子 的 光 催 化 能 力 进 行 了 研 究 ， 测 定 时 将 粒 子 溶 于 苯 酚 的 溶液 中 。 其 中 苯 酚 溶 液 的 浓 度 各 不 相 同 ， 测 定 完 毕 后 ， 得 到 粒 子 的 光 催 化 能 力 与 苯酚 溶 液 中 苯 酚 浓 度 的 函 数 关 系 式 ， ， 将 一 克 复 合 粒 子 粉 末 溶 于 100mL 已 知 浓 度 的苯 酚 溶 液 中 ， 在 60 摄 氏 度 的

11、条 件 下 用 紫 外 灯 照 射 6 个 小 时 。 将 样 本 再 放 置 一 个 小时 ， 之 后 用 离 心 机 进 行 离 心 分 离 ， 通 过 已 知 的 函 数 关 系 可 计 算 出 不 同 时 刻 苯 酚 降 解的 量 。 因 此 可 以 得 到 不 同 时 刻 苯 酚 降 解 的 速 率 。结 构 与 讨 论二 乙 醇 胺 在 纳 米 氧 化 锌 与 纳 米 二 氧 化 钛 复 合 粒 子 中 制 备 的 职 能 ： 由 于 纳 米 氧化 锌 是 两 性 物 质 ， 在 往 纳 米 氧 化 锌 表 面 涂 二 氧 化 钛 时 必 须 控 制 好 PH 值 ， 因 此 纳米

12、 二 氧 化 钛 的 制 备 ， 及 向 它 上 面 覆 盖 纳 米 氧 化 锌 时 必 须 在 乙 醇 介 质 中 进 行 。 一 般来 说 ， 用 水 解 的 方 法 制 备 二 氧 化 钛 的 反 应 是 非 常 快 的 ， 为 了 在 纳 米 氧 化 锌 成 核 之前 将 二 氧 化 钛 涂 在 其 表 面 ， 水 解 反 应 的 速 率 应 控 制 得 慢 一 些 。纳 米 氧 化 锌 与 纳 米 二 氧 化 钛 复 合 粒 子 的 结 构 与 形 态纳 米 氧 化 锌 的 大 小 约 是 40 到 60 纳 米 ， 复 合 粒 子 的 大 小 约 是 60 到 90 纳 米 。最

13、薄 的 涂 层 大 约 是 20 到 30 纳 米 。 由 于 锌 原 子 的 数 量 多 于 钛 原 子 的 数 量 ， 所 以 通过 投 射 电 镜 扫 描 出 的 图 片 粒 子 内 核 的 颜 色 深 于 外 壳 的 颜 色 ， 即 附 着 在 纳 米 氧 化 锌表 面 的 那 一 层 二 氧 化 钛 的 颜 色 浅 。 正 如 由 XRD 所 测 出 离 子 的 结 构 所 证 明 ， 纳 米氧 化 锌 是 六 方 晶 体 。 在 符 合 离 子 颜 色 结 构 图 上 ， 除 了 有 氧 化 锌 衍 射 峰 ， 还 有 钛 酸辛 的 衍 射 峰 。 对 于 钛 酸 锌 的 形 成

14、这 里 有 两 种 机 理 进 行 解 释 。 一 种 是 ： 纳 米 氧 化 锌粒 子 和 纳 米 二 氧 化 钛 粒 子 是 由 四 基 钛 酸 盐 水 解 反 应 而 制 得 的 ， 在 制 备 这 两 种 粒 子过 程 中 由 于 在 高 温 下 进 行 ， 会 有 部 分 钛 酸 盐 生 成 。 另 一 种 解 释 是 ： 二 氧 化 钛 水 合物 附 着 在 氧 化 锌 的 表 面 ， 这 样 会 发 生 界 面 反 应 ， 从 而 生 成 了 钛 酸 锌 。 从 复 合 粒 子透 射 电 镜 的 扫 描 图 上 可 以 看 出 ， 第 二 种 机 理 的 解 释 更 加 贴 近

15、事 实 。复 合 粒 子 的 表 征表 格 1 给 出 了 纳 米 氧 化 锌 和 符 合 粒 子 的 XPS 结 果 。 与 纳 米 氧 化 锌 相 比 ， 锌 原子 ， 氧 原 子 氢 化 物 的 数 量 减 少 的 很 多 ， 在 复 合 粒 子 中 的 钛 的 数 量 减 少 的 少 。 而 且 ，氧 增表 格 1加 的 化 学 位 移 是 相 对 于 氧 化 锌 中 的 氧 而 言 的 。 钛 原 子 的 化 学 位 移 与 二 氧 化 钛 中 钛的 化 学 位 移 相 比 也 增 强 了 。 图 1 显 示 了 纳 米 氧 化 锌 和 复 合 粒 子 的 FTIR 光 谱 。图 1

16、在 FTIR 光 谱 上 纳 米 氧 化 锌 和 复 合 粒 子 有 着 明 显 的 区 别 。 复 合 粒 子 的 图 案 与 二氧 化 钛 标 准 红 外 光 谱 的 图 案 也 不 同 。 可 以 得 出 结 论 是 ： 与 纳 米 氧 化 锌 和 纳 米 二 氧化 钛 相 比 可 以 判 断 有 新 的 物 质 生 成 。 在 制 备 复 合 粒 子 的 过 程 中 ， 可 能 发 生 如 下 步骤 ： 首 先 ， 二 氧 化 钛 的 水 合 物 沉 积 在 氧 化 锌 表 面 ， 在 氧 化 锌 表 面 二 氧 化 钛 的 水 合物 慢 慢 积 聚 而 显 示 出 来 。 其 次 ，

17、 在 氧 化 锌 和 二 氧 化 钛 水 合 物 的 界 面 反 应 中 ， 在 焙烧 和 干 燥 时 由 于 水 解 反 应 而 生 成 了 钛 酸 锌 。 因 为 大 部 分 氧 化 锌 的 水 合 物 沉 积 在 氧化 锌 的 表 面 生 成 了 钛 酸 锌 ， 所 以 没 有 明 显 的 二 氧 化 钛 衍 射 峰 在 复 合 粒 子 XRD 图 上显 示 出 来 。 图 2 给 出 了 没 有 在 纳 米 氧 化 锌 表 面 涂 有 二 氧 化 钛 粒 子 前 的 紫 外 吸 收 曲 线 ，纳 米 氧 化 锌图 2和 纳 米 二 氧 化 钛 的 平 均 直 径 都 是 八 十 纳 米

18、 ， 这 与 复 合 粒 子 和 复 合 粒 子 粉 末 的 直 径相 近 。 从 图 2 可 以 看 出 ， 复 合 粒 子 的 紫 外 吸 收 能 力 与 具 有 相 近 半 径 纳 米 氧 化 锌 的紫 外 吸 收 能 力 相 近 ， 但 是 纯 纳 米 氧 化 锌 的 紫 外 吸 收 能 力 弱 一 些 。 复 合 粒 子 的 吸 收曲 线 形 状 与 纳 米 氧 化 锌 吸 收 曲 线 的 形 状 相 似 ， 但 是 与 纳 米 二 氧 化 钛 吸 收 曲 线 图 形完 全 不 同 。 复 合 粒 子 的 吸 收 能 力 与 波 长 比 它 少 260 纳 米 但 是 大 小 相 近

19、 的 二 氧 化 钛的 吸 收 能 力 相 近 。 复 合 粒 子 的 吸 收 能 力 与 波 长 在 260380 纳 米 之 间 大 小 相 近 二 氧化 钛 粒 子 的 吸 收 能 力 。 由 于 钛 酸 锌 层 的 存 在 ， 改 变 了 二 氧 化 钛 的 光 吸 收 范 围 ， 所以 复 合 粒 子 的 光 吸 收 范 围 与 二 氧 化 钛 相 比 增 加 了 。 复 合 粒 子 的 光 催 化 性 质 ： 图 3 给出 了 纳 米 氧 化 锌 没 有 涂 层 之 前 溶 于 苯 酚 溶 液 的 测 试 结 果 ， 纳 米 二 氧 化 钛 的 直 径 是80 纳 米 ， 与 复

20、合 粒 子 的图 3直 径 相 近 ， 没 有 涂 层 二 氧 化 钛 的 混 合 粒 子 和 大 小 为 20 纳 米 的 二 氧 化 钛 粒 子 的 组 成与 复 合 粒 子 相 近 。 纳 米 氧 化 锌 的 直 径 是 80 纳 米 与 复 合 粒 子 的 直 径 也 相 近 。 复 合 粒子 溶 于 苯 酚 的 能 力 与 混 合 粒 子 相 比 大 大 提 高 了 ， 这 些 混 合 粒 子 为 直 径 为 80 纳 米 的氧 化 锌 和 二 氧 化 钛 粒 子 ， 这 表 明 复 合 粒 子 不 是 由 两 种 简 单 的 物 质 组 成 ， 可 以 简 单的 认 为 二 氧 化

21、 钛 和 氧 化 锌 的 平 均 尺 寸 是 接 近 的 ， 这 样 可 以 用 来 防 止 环 境 的 有 机 污染 。 与 混 合 粒 子 相 比 纳 米 氧 化 锌 表 面 由 于 附 着 着 钛 酸 锌 ， 有 增 强 其 光 催 化 能 力 的作 用 。 纳 米 氧 化 锌 是 因 为 界 面 反 应 使 其 大 小 不 断 增 大 ， 因 而 溶 于 酚 的 能 力 降 低 。因 为 表 面 的 结 构 和 组 成 的 部 分 不 同 ， 纳 米 二 氧 化 钛 的 光 降 解 能 力 比 大 小 相 近 的 纳米 氧 化 锌 强 。结 论本 文 中 我 们 制 备 了 纳 米 氧

22、 化 锌 与 纳 米 二 氧 化 钛 复 合 粒 子 。 并 用 TEM ， FTIR ， XRD 对 纳 米 氧 化 锌 和 复 合 粒 子 进 行 了 表 征 ， 对 复 合 粒 子 紫 外 和 可 见 光 的 吸收 能 力 ， 复 合 粒 子 ， 纳 米 氧 化 锌 ， 纳 米 二 氧 化 钛 溶 于 苯 酚 后 的 光 催 化 能 力 ， 降 解能 力 进 行 了 研 究 。 我 们 可 以 得 出 如 下 结 论 ： 用 四 丁 基 钛 酸 盐 水 解 制 备 纳 米 氧 化 锌 ，二 氧 化 钛 以 及 复 合 粒 子 过 程 中 ， 干 燥 和 焙 烧 后 在 纳 米 氧 化 锌 表 面 有 一 薄 薄 的 涂 层 ，也 就 是 我 们 制 备 的 复 合 粒 子 中 含 有 钛 酸 锌 。 复 合 粒 子 在 苯 酚 溶 液 中 的 光 催 化 能 力比 没 有 涂 层 的 纳 米 氧 化 锌 和 组 成 与 复 合 粒 子 相 近 的 混 合 粒 子 的 光 催 化 能 力 好 。 复合 粒 子 的 光 吸 收 范 围 与 二 氧 化 钛 相 比 扩 大 了 。