CTAB 对溶胶-凝胶法制备纳米ZnO 形貌的影响.pdf

第4 3卷第 5期 2 0 1 4年 5月 应用化工 Ap p l ie d C h e mica l I n d u s t r y Vo 1 43 No 5 Ma y 2 0 1 4 C T AB对溶胶 凝胶法制备 纳米 Z n O形貌的影 响 姜秀平 高艳 阳 弓巧娟 王帅 赵雅丽 1 运城学 院 应用化学系 山西 运城0 4 4 0 0 0 2 中北大学 理学 院 山西 太原0 3 0 0 5 1 摘要 以醋酸锌 草酸为主要原料 采用溶胶一 凝胶法制备纳米 Z n O 在反应体系中加入表面活性剂十六烷基三甲 基溴化铵 C T A B 成功制得短柱状及棒状结构的纳米 Z n O 借助 X R D和 T E M对产物的结构和形貌进行了表征 结果表 明 产物属于纤锌矿结构 的六方相 Z n O 并且 在棒状结 构纳米 Z n O的形 成过 程 中 C T A B起关键作 用 改变 反应体系中 C T A B的加入量 可以实现纳米 Z n O的形貌控制合成 讨论了棒状纳米 Z n O可能的形成机理 关键词 十六烷 基三甲基溴化铵 溶胶一 凝胶法 纳米 Z n O 中图分类号 T Q 1 3 2 4 T Q 1 2 3 O 6 1 4 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 3 2 0 6 2 0 1 4 0 5 0 8 1 3 0 3 S t u d y o n t h e e f f e ct o f CTAB o n t h e mo r p h o l o g y o f n a n o Zn O p r e p a r e d b y s o l g e l m e t h o d J I A NG X i u p in g G A O Y a n y a n g G O NG Q i a o j u a n W A NG S h u a i Z H A O I ra l i 1 D e p a r t me n t o f Ap p l ie d C h e mi s t r y Yu n ch e n g Un i v e r s it y Y u n ch e n g 0 4 4 0 0 0 Ch i n a 2 S ch o o l o f S cie n ce N o rt h U n iv e r s i t y o f C h i n a T a i y u a n 0 3 0 0 5 1 C h i n a Ab s t r a ct N a n o Z n O w e r e s y n t h e s i z e d f r o m Z n C H 3 C O 0 2 2 H 2 O a n d H 2 C 2 O 4 2 H 2 O b y s o l g e l me t h o d Th e r o d l ik e ZnO p a r t icl e s we r e s y n t h e s iz e d b y a d d in g s u r f a ct a n t CTAB t o t h e r e a ct iv e s y s t e m Th e o b t a in e d s a mp l e s we r e i nv e s t ig a t e d b y XRD a n d TEM Th e r e s u l t s in d ica t e d t h a t t h e p r o d u ct s b e l o n g t o t h e W u rtz it e Gr o u p wi t h a h e x a g o na l p h a s e C TAB p l a y s a n i mp o r t a n t r o l e i n t he p r o ce s s o f r o d l ik e Z n O p a r t icl e s f o r ma t io n a n d t h e mo r p h o l o g y o f n a n o Z n O ca n b e co n t r o l l e d b y t h e q u a n t it ie s o f C T AB T h e g r o w t h me ch a n is m a n d r e a s o n we r e a l s o d is cu s s e d b r ie fl y Ke y wo r d s CTAB s o l g e l me t h o d Na n o Zn O Z n O是一种直接带隙宽禁带 室温下 3 3 7 e V 和激子束缚能高 6 O me V 的功能型半导体材料 由 于其导热 导电性高 化学性质稳定 对紫外线具有 较强的吸收能力 所 以在传感器 探测器 紫外激光 二极管 紫外发光二极管 L E D 以及透明电极等领 域都具有广阔的应用前景 J 为了获得具有特定 结构的 性能优越的纳米 Z n O粉体 纳米 Z n O的形 貌控制合成逐渐成为当前研究的热点 j 目前已 经合成的特殊形貌的纳米 Z n O有线状 带状 棒状 花状 管状 须状 星状 微球状等 其 中 线状 棒状 管状等一维结构纳米 Z n O的应用前景尤为广 阔 目前 一维结构纳米 Z n O的合成方法主要有水 热法 模板法 溶胶一 凝胶法 一步室温固相法 化学 气相沉积法 气液固机制催化生长法等 由于溶胶 凝胶法的操作装置简单易行 对生产条件的要求相 对较低 因而应用较为广泛 本文采用溶胶 凝胶法 在制备过程中加入表面 活性剂 C T A B合成 了 Z n O纳米棒 探讨了 C T A B的 添加比例对纳米 Z n O结构形貌的影响 收稿日期 2 0 1 3 1 2 2 2 修改稿 日期 2 0 1 4 0 3 1 4 基金项目 山西省高等学校科技项 目 2 0 1 2 1 1 1 4 运城学院博士科研启动项 目 Q 2 0 1 2 0 1 7 运城学院产学研合作项目 cY 一 2 0 1 2 0 1 8 作者简介 姜秀平 1 9 7 1一 女 山西忻州人 运城学院讲师 博士 从事无机纳米材料的合成与应用 电话 1 8 2 3 5 9 9 4 6 1 8 E ma il j ia n g x i u p i n g z h b u t y 1 6 3 co rn 8 1 4 应用化 工 第 4 3 卷 1 实验部分 1 1 试 剂与仪器 醋酸锌 草酸 无水 乙醇 十六烷基三 甲基溴化 铵等均为分析纯 3 1 5 g 草酸 适 量无水 乙醇 s 5 g 醋酸 锌 I I 适 量无水 乙 J J 一 1精密定时 电动搅拌器 日立 H 6 0 0 2透射 电子显微镜 Y 一 2 0 0 0型 x射线衍射仪 1 2 纳米 Z n O的制备 合成纳米 Z n O的工艺流程如下 草酸 的无水 乙醇溶 液 醋酸锌的无水乙醇溶液 燕 僚 水 无 水 乙 醇 洗 涤 2 次 8 0 t h 一 一 5 0 0 煅 烧 l 2 b 蒸 馏 水 无 水 乙 醇 洗 涤 2 次 8 0 干 燥 l h 一 Z n OH 前驱 液 图 1 纳米 Z n O的制备工艺流程 白色凝胶 纳米Z n O F ig 1 P r e pa r a t io n pr o ce s s o f na no Zn O 当要在反应体系中加人 C T A B时 可在 配制醋 Z n O 与 J C P D S 3 6 1 4 5 1标准 图谱 进行对照 没有不 酸锌 的无水 乙 醇溶 液 时称 取 一定 量 的 C T A B 和 一致的情形出现 由此可 以推断 反应进行较 为完 5 5 g醋酸锌一起配制醋酸锌 的无水 乙醇溶液 其 余步骤不变 2 结果与讨论 2 1 X射线衍射 XR D 分析 纳米 Z n O的 X R D见图 2 2 0 图 2 纳米氧化锌的 X R D 图 F ig 2 XRD p a t t e r n o f n a n o Z n O 由图2可知 所得样 品均为六方纤锌矿结构的 全 所得 Z n O较纯净 图2 b中 0 0 2 晶面所对应的衍射峰的强度较 图 2 a 有所增强 可见晶体沿 0 0 2 晶面表现出较为 突出的生长趋势 由此推测 加 入 C T A B后 Z n O纳 米晶的生长可能呈现各 向异性 2 2 透射电子显微镜 T E M 分析 溶胶一 凝胶反应体 系中不加和加 C T A B时制 得 的纳米 Z n O的 T E M 图见图 3 图 4 图 3 不加 C T A B时纳米 Z n O的 T E M 图 F ig 3 T EM ima g e o f n a n o Z n O p r e p a r e d w it h o u t C T AB 由图3可知 在不添加 C T A B的条件下 得到的 是球形或类球形的 Z n O纳米颗粒 粒径约 3 0 n m 且 呈均匀分布 没有其它特殊形貌的颗粒存在 由图4可知 随着 C T A B添加 比例的增加 所得 纳米 Z n O呈现出定向排列生长 的趋势 逐渐形成了 短柱状及棒状结构 第 5期 雷素娟等 表面活性剂后处理对 Y A G C e 荧光粉发光特性 的影 响 8 1 9 善 颗粒分散得更加均匀 3 结论 Y A G C e 荧光粉最佳 的处理工艺 为 水浴浸 泡温度 5 0 q C 水浴浸泡时间 6 0 mi n 经 2 4 十二 烷基硫酸钠溶液处理后 Y A G C e 荧光粉的发光强 度约提高 8 4 参考文献 2 3 4 5 6 杨庆华 李李泉 王 海波 等 近 紫外 发光 荧光 粉的表 面包覆 J 化工进展 2 0 0 6 2 5 4 4 0 6 4 1 0 付延明 李凤生 包覆式超细复合粒子的制备 J 火 炸药学报 2 0 0 2 1 3 3 3 5 韩涛 曹仕秀 赵聪 等 铈掺杂钇铝石榴石黄色荧光 粉形貌和粒度的制备工艺调控研究进展 J 应用化 学 2 0 1 2 2 9 7 7 3 3 7 3 9 Ma L H u J Q Wa n g H Q e t a 1 S u rf a ce co a t in g a n d l u m i n e s ce n ce p e rf o r ma n ce o f B A M p h o s p h o r J C h in J L u m i n 2 0 0 3 2 4 5 5 2 3 5 2 6 Wa n g X J D u a n C H Zh a o X H e t a 1 S y n t h e s i s a n d ch a r a ct e r iz a t io n o f s u r f a ce modifie d B a A 1 l 2 O Mn J C h i n J L u m i n 2 0 0 5 2 6 1 5 6 6 0 谢哗 王海波 张瑞西 等 B a M g A I O E u 荧光粉表 面包覆研究及展望 J 化工新型材料 2 0 1 1 3 9 1 7 8 9 1 0 1 2 1 3 1 4 1 5 21 2 4 Tia n Y C Me t h o d o f co a t ing micr o me t e r s iz e d in o r g a n ic p a r t i cl e s U S 6 8 1 1 8 1 3 P 2 0 0 4 1 1 0 2 J t i s t e T N ik o H R o n d a C Ne w d e v e l o p me n t s i n t h e fi e l d o f l u m in e s ce n t m a t e r ia l s f o r l i g h t i n g a n d d is p l a y s J A n g e w C h e m I n t E d 1 9 9 8 3 7 2 2 3 0 8 4 3 1 0 3 C h a n C N P a S P h o s p h o r w it h mo d ifi e d s u rf a ce co mp o s i t i o n a n d me t h o d fo r p r e p a r a t i o n U S 5 6 9 5 6 8 5 P 1 9 9 7 1 2 09 D ia z A L C h e n o t C F T o wa n d a e t a1 C a t io n t r e a t e d s il i ca t e p h o s p h o r U S 6 1 4 9 8 3 9 P 2 0 0 0 1 1 2 1 Dia z A L C h e n o t C F T o wa n d a e t a 1 P h o s p h a t e t r e a t e d s i l i ca t e p h o s p h o r U S 6 3 0 3 0 5 1 P 2 0 0 1 1 0 1 6 赵文卿 关荣锋 李帅谋 溶胶一 凝胶法制备 Y A G荧光 粉及其性能研究 J 化工新型材料 2 0 0 9 3 7 1 2 9 8 1 0 0 马林 胡建 国 王惠琴 等 B a Mg A 1 0 0 E u荧光粉表 面包膜的研究 J 复旦学报 自然科学版 2 0 0 2 4 1 4 4 4 9 4 5 2 闵宇霖 李进 李永绣 Y A G C e 的包膜及其改性 J 安庆师范学院学报 自然科学版 2 0 0 3 9 3 3 6 3 8 卢铁城 陈丰波 张颖 等 改进 的溶胶一 凝胶法制备 Y A G纳米粉体 J 功能材料 2 0 0 5 3 6 4 6 1 0 6 1 2 上接第 8 1 5页 5 A n a s s Ma n g a l a r a j a R V A n a n t h a k u ma r S S t u d i e s o n t h e e v o l u t io n o f Zn O mo r ph o l o g ie s in a t he r mo hy d r o l y s is t e ch n iq u e a n d e v a l u a t i o n o f t h e i r f u n ct io n a l p r o p e rt i e s J J o u r n a l o f H a z a r d o u s Ma t e r ia l s 2 0 1 0 1 7 5 1 2 3 8 8 9 8 9 5 6 王志芳 李密 张红霞 花形 Z n O纳米片微球的合成 表征及光催化性能 J 无机化学学报 2 0 1 2 2 8 4 7 1 5 7 2 0 7 姜秀平 弓巧娟 王帅 等 棒状纳米 Z n O的制备及其 光催化性能研究 J 应用化工 2 0 1 3 4 2 5 8 4 8 8 5 0 8 A b ro a d M S h i Y N i s a r A e t a 1 S y n t h e s i s o f h ie r a r ch ica l fl o we r l ik e Z n O n a n o s t r u ct u r e s a n d t h e ir f u n ct io n a l iz a t io n b y Au n a n o p a r t icl e s for imp r o v e d p h o t o ca t a l y t ic a n d h ig h p e rf o r m a n ce L i io n b a t t e r y a n o d e s J J o u rna l o f Ma t e rial s C h e m is t ry 2 0 1 1 2 1 2 1 7 7 2 3 7 7 2 9 9 L u H o n g x i a Y u X i j u n Z e n g Z h a o h u a n e t a1 D C fie l d i n d u ce d s y n t h e s is o f Z n O n a n o wh is k e r s in w a t e r in o il mi cr o e m u l s io n s J C e r a m ics I n t e r n a t i o n a l 2 0 1 l 3 7 1 28 7 2 92 1 O P e n g Z h iw e i D a i G u o z h a n g C h e n P e n g e t a1 S y n t h e s i s 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 ch a r a ct e r iz a t io n a n d o p t ical p r o p e r t ie s o f s t a r l ik e Z n O n a n o s t r u ct u r e s J Ma t e r ial s L e t t e r s 2 0 1 0 6 4 8 8 9 8 9 0 0 翁星星 胡小芳 梁秀娟 均相沉淀法制备 Z n O微球 J 化工进展 2 0 1 1