1、沉淀法制备纳米ZnO与表征实验-以氯化锌为原料系别：应用化学系班级：1004 班姓名：刘凯强学号：2010080401指导教师：唐玉朋直接沉淀法制备纳米氧化锌实验作者：刘凯强摘要：以氯化锌为原料, 直接沉淀法制备 ZnO 纳米粒子 ; 研究了制备过程中 Zn 离子浓度、焙烧温度等条件对 ZnO 纳米晶体粒径的影响, 并对其机理进行了分析。实验结果表明, 较小的反应浓度可以获得较小的晶体粒径; 在其它反应条件相同的情况下, 制备的纳米 ZnO 粒子, 其晶粒尺寸随着焙烧温度的增加, 晶粒逐渐增大, 为 ZnO 的应用开辟了更为广阔的前景。关键词 : 纳米氧化锌，直接沉淀法, 制备，表征。引 言纳
2、米氧化锌（粒子直径在 1-100nm）是近年来已发现的一种高新技术材料，是一种新型的高功能精细无机材料,由于其具有量子尺寸效应,小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应1,因而纳米 ZnO 产生了其体相材料所不具备的这些效应、展现了许多特殊的性质，由于其粒子的尺寸小，比表面积大，使其在化学，光学，生物和电学等方面表现出许多独特优异的物理和化学性能。与普通氧化锌相比，具有优良的光活性，电活性，烧结活性和催化活性，如无毒和非迁移性，荧光性，压电性，吸收和散射紫外线能力。这一新的物质状态，赋予氧化锌这一古老产品在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质、电等方面有着广阔的应用前景。如制造气体传感器，荧光体。紫
3、外线屏蔽材料，变阻器，图像记录材料，压电材料，压敏电阻，磁性材料，高效催化剂和塑料薄膜等2 。利用氧化锌的电阻变化，可制成气体报警器，吸湿离子传导温度计;利用纳米氧化锌的紫外屏蔽能力，可制成紫外线过滤器，化妆品；以氧化锌为主体，配以 Bi2O3，Pb 6O11，BaO 等粉末材料烧结成型，可得变阻器；利用氧化锌半导体光敏理论，纳米氧化锌可作高效光催化剂，用于降解废水中的有机污染物，净化环境等。氧化锌的结构性能氧化锌（ZnO）晶体是纤锌矿结构，属六方晶系，为极性晶体。氧化锌晶体结构中，Zn 原子按六方紧密堆积排列，每个 Zn 原子周围有 4 个氧原子，构成 Zn-O4 配位四面体结构，四面体的面
4、与正极面 C( 00001)平行，四面体的顶角正对向负极面(0001) ，晶格常数 a=342pm, c=519pm,密度为 5.6g/cm3，熔点为2070k,室温下的禁带宽度为 3.2eV。ZnO 晶体结构在 C (00001)面的投影 ZnO 纤锌矿晶格图纳米氧化锌的制备方法制备纳米 ZnO 的方法,可分为气相法、液相法和高能球磨法。在液相法中的沉淀合成工艺简单,成本低,便于实现工业化生产。其中直接沉淀法是制备纳米ZnO 的一种重要的方法,也是广泛采用的一种方法。其原理是在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂后,于一定条件下生成沉淀剂后从溶液中析出,将阴离子除去,沉淀经热分解制得
5、纳米 ZnO3。本实验采用直接沉淀法,制备了ZnO 纳米粒子,并用 XRD 衍射仪对产物进行了组分分析。实验部分实验目的：（1） 了解纳米氧化锌的基本性质及主要应用。（2） 通过实验掌握纳米氧化锌制备方法及表征方法。实验试剂及仪器：氯化锌,分析纯 X-射线衍射仪 循环水真空泵氢氧化纳,分析纯 马弗炉 抽滤瓶无水乙醇,分析纯 分析天平 布氏漏斗去离子水 磁力搅拌器 X-射线衍射仪反应机理：以氯化锌为原料、氢氧化纳为沉淀剂制备纳米 ZnO 的反应方程式如下:沉淀反应：ZnCl2 2NaOH=+ Zn(OH)2 +2NaCl热处理：Zn(OH)2 ZnO(s) H2O+工艺流程：产物晶体影响因素讨论
6、： 反应物浓度对 ZnO 粒径的影响4利用 XRD 测试技术,根据谢乐公式 D=0.89/(Bcos)4(其中 为 Cu 靶的波长,B 为衍射峰半高宽, 为衍射角) ,研究反应物浓度为 ZnO 晶体粒径的影响。表 1 反应物浓度对纳米 ZnO 粒径的影响结果表明,其它条件相同的情况下,随着反应物浓度的增加,制备的 ZnO 的粒径逐渐增大。从折线图 1 中我们可以清楚的看出,反应物浓度从 0.1mol/ L 增加到 1.5mol/ L 时,制备得到的 ZnO 的粒径从 21.48nm 增加到了 27.51nm,但是在浓度 0.5mol/ L1.0mol/ L 的范围内,浓度对制备的 ZnO 的粒
7、径影响不大。图 1 纳米 ZnO 晶体粒径随反应物 图 2 不同反应物浓度下制得的 ZnO 纳米晶粒 浓度的变化曲线 的 XRD 衍射图谱图 2 给出了不同反应物浓度下制备的 ZnO 纳米晶体的 XRD 衍射图谱,图中的d2、c2、b2、a2 分别代表反应物氯化锌的 4 种不同的浓度,分别为 0.1、0.5、1.0和 1.5mol/ L。从图谱中我们可以看出,4 种不同浓度下制备的 ZnO 的 XRD 衍射图谱没有明显的差别,与纯相 ZnO 的 XRD 图谱比较,可知 4 种浓度下都制得了纯相的 ZnO 粒子。 煅烧温度对 ZnO 粒径的影响以氯化锌为原料,在相同的摩尔浓度(1.0mol/L)
8、下,制备出的产物,分别在200、300、400、500焙烧 2h,得到纳米 ZnO 晶体微粒。表 2 列出了不同温度下,纳米 ZnO 晶体的粒径。表 2 煅烧温度对纳米 ZnO 晶体粒径的影响图 3 则给出了在其它反应条件相同的情况下,ZnO 粒径随焙烧温度变化的曲线,从图中我们可以明显看出,随着焙烧温度的增加,所制备的纳米 ZnO 晶体的粒径也逐渐增大。图 3 ZnO 晶体粒径随焙烧温度的 图 4 不同温度焙烧制得的 ZnO 纳米晶粒的变化曲线 XRD 衍射图谱图 4 给出了不同温度焙烧制得的 ZnO 纳米晶粒的 XRD 衍射图谱,b2、b3、b4和 b5 分别为 200、300、400和
9、500下焙烧制得的 ZnO 纳米晶体的 X 射线衍射图谱。从图中可以看出,随着焙烧温度的升高(从 b2 到 b5) ,纳米粒子的X 射线衍射峰逐渐由宽变窄、由弱变强5。故反应中氯化锌溶液浓度以 1.0mol/L，煅烧温度以 500适当。制备过程：(1)前驱物的制备：取浓度为 1.0mol/ L 的锌盐溶液,在磁力搅拌的条件下迅速加入等摩尔的氢氧化钠溶液(1.0mol/ L) ,并强烈搅拌,生成物用布氏漏斗减压过滤,并用去离子水和无水乙醇进行洗涤,放入 60的烘箱中进行干燥,得到前驱物。(2)纳米 ZnO 的制备：将制得的前驱物放于马弗炉内以 500条件下进行焙烧 15min,得到了纳米 ZnO
10、 粒子（白色粉末状固体） 。产物测试：用洗净烘干的研钵将氧化锌粉末研磨后压片，用 XRD-射线衍射仪对制备的纳米 ZnO 进行表征。实验结论：XRD 图谱分析：从图中可以知道，在31.76,34.46,36.26，47.54,56.60,62.90,68.00 等处都有较强的峰，且与氧化锌的标准图谱相对应，说明产品中含有氧化锌。由图可知： 0.34218.9.01542cos6cos8.Dnm从计算结果来看，氧化锌的粒径比标准值要大，可能是有一部分团聚造成的，还有可能是杂质附着在氧化锌微粒表面，使测得的粒径值较大。以上实验说明,较小的反应浓度可以获得较小的晶体粒径,但过小的反应浓度不利于工业化
11、生产,因此,在具体生产时应同时考虑生产的效率。在其它反应条件相同的情况下,制备的纳米 ZnO 粒子,其晶粒尺寸随着焙烧温度的增加,晶粒逐渐长大。纳 米 氧 化 锌 X-射 线 表 征 图2T=68,B=3812T=31.76,B=11972T=36.26, B=18502T=62.9,B=4232T=56.6,B=5812T=47.54,B=3462T=34.46,B=74102004006008001000120014001600180020000 20 40 60 80 1002-Theta(Intensity(Counts)系 列 1参考文献1 张立德,牟季美 1纳米材料与纳米结构 1北
12、京:科学出版社,20012 祖庸,刘超锋等 1现代化工,1997,73 祖庸,刘越锋等 1化工新型材料,1997,84 李栋梁，董峰亮，邹炳锁等 直接沉淀法制备纳米 ZnO 11北京市城市建设工程研究院, 北京 100029; 21中国科学院物理研究所, 北京 1000805 孙晓君,井立强等 1ZnO纳米粒子制备过程中 XRD的研究 1哈尔滨工业大学报,2001,6:383384Preparation of particles of nanometer zinc oxide by direct precipitation methodAuthor name : liukaiqiangAuth
13、or address : yuncheng universityAbstract： With zinc chloride as raw materials, direct precipitation preparation ZnO nanoparticles; The preparation process of Zn ion concentration, roasting temperature conditions on the influence of ZnO nanocrystal size, and its mechanism was analyzed. The experiment
14、al results show that the smaller reaction concentration can get smaller crystal grain size; In other reaction conditions of the same circumstances, the preparation of nanometer ZnO particles, the grain size with the increase of the calcination temperature, grain increase gradually, for the application of ZnO opened up broad prospects.Keywords： Nano zinc oxide , precipitation method , preparation , representation.
