試分析納米氧化鋅的制備及其光催化性能

加春陽

摘 要：納米氧化鋅是一種面向21世紀的半導(dǎo)體材料，在陶瓷、化工醫(yī)藥、生物等領(lǐng)域得到了廣泛的使用。近年來，納米氧化鋅不斷得到重視，對于納米氧化鋅的研究也逐漸增多，并且在試驗中制備了不同結(jié)構(gòu)的氧化鋅材料，并研究了納米氧化鋅的性能。納米氧化鋅的重要作用使得對于納米氧化鋅的研究具有了非常重要的現(xiàn)實意義。本文將主要分析納米氧化鋅的特性、性質(zhì)、應(yīng)用和制備辦法，以及它的光催化性能。

關(guān)鍵詞：納米氧化鋅 制備 催化性能

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0099-01

納米氧化鋅由于具有粒徑小、比表面積大的特點，具有宏觀物體所不具有的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)以及體積效應(yīng)等。近年來，隨著研究人員對納米氧化鋅的研究日益加深，發(fā)現(xiàn)納米氧化鋅在磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)等方面具有特殊的功能，其應(yīng)用價值也不斷得到重視和體現(xiàn)。納米氧化鋅的制備成為當前科研工作的熱門話題，也關(guān)系著納米氧化鋅能否用于治理環(huán)境污染。因此，開展納米氧化鋅的制備以及催光性能的研究有十分重要的意義。

1 納米材料的特性

1.1 表面效應(yīng)

表面效應(yīng)是指納米材料性質(zhì)上發(fā)生的變化，它是由表面原子和總原子數(shù)之比隨著粒徑的變化而引起的。一般說來，當粒徑減小時，表面原子的數(shù)量會快速增加，并且會隨著粒徑的減小，表面的原子會越多。表面原子的懸空鍵增多，具有不飽和的性質(zhì)，化學(xué)性能強，容易和其他原子相結(jié)合。隨著表面能的增加，表面原子數(shù)增多，表面原子和總原子數(shù)之比不斷增大，“表面效應(yīng)”便相繼產(chǎn)生。

1.2 體積效應(yīng)

納米粒子的尺寸和德布羅意波長相比，相似或者較小的時候，會破壞粒子周期性的邊界條件，粒子的磁性、內(nèi)壓、熱阻、熔點等發(fā)生了改變，這就是所謂的體積效應(yīng)。

1.3 小尺寸效應(yīng)

超微細粒的尺寸和光波波長、德布羅意波長以及透射深度等相比，尺寸相似或者較小，邊界條件就會被破壞，導(dǎo)致非晶態(tài)粒子的表面原子密度變小，造成聲、光、電、熱等性能發(fā)生改變，這就是所謂的小尺寸效應(yīng)。

2 納米氧化鋅的制備方法

納米氧化鋅的制作方法有多種，主要是分為物理法和化學(xué)法。物理法主要有熔融驟冷、重離子轟擊和機械粉碎等，但由于物理法對設(shè)備的要求較高，制作的粉體的粒徑較大等缺點，造成物理法應(yīng)用范圍較小。在實際的工業(yè)生產(chǎn)以及相關(guān)的研究領(lǐng)域一般采取的方法是化學(xué)法，分為固相法、液相法以及氣相法。

2.1 物理法

物理法是納米氧化鋅的制作方法之一，主要包括機械粉碎法、塑性變形法。機械粉碎法是通過利用機器粉碎、電火花爆炸等方法，粉碎一般的氧化鋅，張偉等人通過此法都得到了超微粉，這個方法雖然簡單，但是耗能大、純度低。塑性變形法是指在凈靜壓作用下使得普通氧化鋅發(fā)生嚴重變形。此法純度較高，但是對生產(chǎn)設(shè)備提出了很高的要求。

2.2 化學(xué)法

（1）直接沉淀法。

在可溶性的鹽液中，加入一定量的沉淀劑，沉淀后除去陰離子，然后經(jīng)熱分解得到納米氧化鋅，沉淀物的選擇不同，沉淀產(chǎn)物就會不一樣。常用的沉淀物為氨水、尿素等。

（2）均勻沉淀法。

通過一定的化學(xué)反應(yīng)，使得溶液中的構(gòu)晶微粒緩慢釋放出來，在化學(xué)反應(yīng)中，沉淀劑不會和被沉淀物發(fā)生反應(yīng)，而會在整個化學(xué)反應(yīng)中慢慢析出。常見的沉淀劑是尿素和六亞甲基四胺。

2.3 納米氧化鋅的制備

（1）儀器、材料準備。

制備過程中所需要的材料有：氫氧化鈉、聚乙二醇、乙醇、醋酸鋅、硝酸錳等均為分析純。

制備過程所需要的儀器有：85-2型磁力攪拌器、KQ5200數(shù)控超聲振蕩器、JASCD-721紫外分光光度計等。

（2）制備過程。

在室溫下，把0.5 mol/L醋酸鋅與10mol/L的氫氧化鈉混合配成溶液A，把一定量的環(huán)己烷、聚乙二醇以及蒸餾水按照一定比例混合配成溶液B，把1 mol/L的Mn（NO3）2與NaOH按照1∶2的比例混合溶于一定量的水中，配合成溶液C。然后將A、B、C三種溶液混合，利用超聲波充分振蕩，再裝入高壓反應(yīng)釜，在180 ℃的恒溫下，反應(yīng)9個小時，自然冷卻，再經(jīng)過兩次水洗和兩次乙醇洗滌，最后在干燥箱中烘干。

2.4 光催化實驗

準備兩份一定容量（100 ml）濃度的的羅丹明B溶液，在這兩份溶液中一份加入ZnO粉體，另一份什么都不加。溶液充分混合后，放在黑暗中預(yù)吸附一小時達到吸附平衡，然后用30 W/287 nm紫外燈照射，要求是光源距液面13 cm，間隔時間是30 min，然后取樣離心除去ZnO，再用紫外可見光光度計在染料羅丹明B的吸收峰處測量吸光度的變化，依次，計算出降解率，查看光催化性能。

實驗表明：羅丹明B的最大吸收峰達到554 nm。發(fā)現(xiàn)摻錳ZnO在紫外光照射條件下對羅丹明B有極好的降解效果，在4 h內(nèi)降解率能達到92%，據(jù)此，表明本實驗中制備的摻錳ZnO具有非常好的光催化性能。

3 納米氧化鋅的應(yīng)用

納米氧化鋅有許多優(yōu)點，穩(wěn)定性較好、價格比較低廉，不會造成二次污染等，使其具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其是在光催化劑、抗菌劑等方面，目前，納米氧化劑在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如國防、化工、核技術(shù)、航空等領(lǐng)域。

（1）橡膠輪胎的生產(chǎn)。

在橡膠制品的生產(chǎn)中，納米氧化劑得到了充分的應(yīng)用。一是納米氧化劑可以作為硫化活性劑，納米氧化鋅可以實現(xiàn)和橡膠分子的有機結(jié)合，能夠提高橡膠性能；二是納米氧化鋅是耐磨膠制品的原料，使用這種原料可以有效地防止老化、延長使用壽命、減少用量；三是納米氧化鋅還可以作為導(dǎo)電填料，用來研制導(dǎo)電性橡膠。

（2）油漆涂料。

納米氧化鋅在油漆涂料中得到了應(yīng)用，由于納米氧化鋅具有異于普通氧化鋅的特性。在應(yīng)用過程中，利用納米氧化鋅制成的油漆涂料可以屏蔽紫外線，吸收紅外線，殺菌防霉，被廣泛的應(yīng)用在建筑中。此外，它還具有增稠作用，有利于提高油漆顏料的穩(wěn)定性。

（3）陶瓷材料。

在陶瓷材料中應(yīng)用納米氧化鋅，可以使陶瓷材料具有自潔作用，能夠抗菌除臭、自行分解有機物，在很大程度上提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。越來越多的陶瓷材料產(chǎn)品中應(yīng)用納米氧化鋅，如，浴缸、墻壁、衛(wèi)生間和地板磚等。此外，在玻璃中加入納米氧化鋅還可以具有抗菌、耐磨屏蔽紫外線的功能，制作的玻璃被用作汽車和建筑玻璃。

4 結(jié)語

納米氧化鋅由于其具有的優(yōu)異特性和特殊性能，其重要性得到重視，在許多行業(yè)和領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。納米氧化鋅是面向21世紀的半導(dǎo)體材料，研究納米氧化鋅的制備具有極其重要的現(xiàn)實意義。因此，應(yīng)當加強對納米氧化鋅的研究。

參考文獻

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