ZnS纳米材料的可控合成及光电性能研究要点

1、 ZnS 纳米材料的可控合成及光电性能研究 学院： 班级： 学号： 姓名： 1 / 13 ZnS 纳米材料的可控合成及光电性能研究 一、实验目的 1 .了解 ZnS 纳米晶的结构特点、性能及用途； 2 .了解并掌握缓释合成 ZnS 纳米晶的原理和方法； 3 .了解表征纳米材料的结构及形态的根本知识； 4 .了解利用光催化处理印染废水的原理和方法。 二、实验原理 传统的直接沉淀法制备 ZnS 粒子的反响过程可用以下方程式进行描述： Zn2+ + S2- - ZnS 对于由 Zn2+和 S2-直接生成 ZnS 的快速沉淀过程，ZnS 的生成可瞬间完成，其成 核速率与生长速率很快，这种方法合成的 Z

2、nS 会因为初始阶段混合的不均匀性而 使产物粒子尺寸分布较宽。为了防止上述现象，进来人们提出了以硫代乙酰胺 (TAA)为硫源，利用均匀沉淀法来制备 ZnS 纳米粒子。具体设计的反响式如 下： CH3CSNH2 CH3CN + 2H+ + S2 - S2- + M2+ (M=Zn, Cd, Cu) 一 MS 从上述反响过程可以看出，均匀沉淀法原理是在一定条件下制得含有所需反响物 的稳定前体溶液，通过迅速改变溶液的酸度和温度来促使颗粒大量生成，由于在 这个过程中反响物可以实现分子尺寸的均匀混合；同时 TAA 释放硫源是缓慢进 行的，使得反响过程变得可控，从而防止了由于沉淀剂的参加造成沉淀剂瞬时局

3、部过浓现象，克服了传统也想直接沉淀法制备纳米材料的缺乏。 如果能找到一个适宜的络合物，它能够与溶液中的 Zn2+络合形成相对稳定的络 合物前驱体，由于该络合物前驱体具有适当的稳定性，就可以实现反响物反响前 贩子尺度的均匀混合。同时，通过改变外界条件，来实现 Zn2+的缓慢释放，以 到达 TAA 做硫源的相同效果。 乙二胺四乙酸(EDTA)分子中具有六个可以与金属离子形成配位键的原子，它 的两个氨基氮和四个竣基氧原子都有孤对电子，能与金属离子形成配位键，因此 DETA能与许多金属离子形成稳定的络合物。当 EDTA溶解于酸度很高的溶液中 时，它的两个竣基可再接受 H+而形成 H6Y2+,这样 ED

4、TA相当于六元酸。由于多 数金属离子的配位数不超过 6,所以 EDTA与金属离子形成 1:1 的络合物，只有 极少数金属离子如皓、钥例外。因此，EDTA 与 Zn2+ 就不存在分布络合现象。 通过合理控制外接条件，EDTA 能够通过与 Zn2+之间的络合作用，实现 Zn2+的 可控释放。 大量的研究说明，尽力尺寸减小到一定程度后，光能隙蓝移，对应于更高 2 / 13 的氧化-复原电位，因而有更强的氧化-复原能力；另外晶粒尺寸减小后先生载流 子迁移到晶粒外表的时间大大缩短，有效地减少了光生电子的和光生空穴的体相 复合。一次制备纳米 ZnS 纳米颗粒有望能够极大地提高光催化活性。 近年来，荧光性半

5、导体纳米晶和纳米团簇制备引起了人们的注意，因为这类荧光 活性的纳米结构材料可望在生物传感和临床检验等领域有着潜在的应用价值，作 为一个适宜的生物标贴，应该具有较高的荧光效率、生物相容性以及能够与生物 分子发生作用的外表基团。从光催化角度，水溶性的外表也是可取的，因为亲水 性的外表有利于半导体光催化剂与水溶性染料发生充分的接触，从而提高其光催 化效率。 印染废水排放量大，成分复杂，对人体和环境的危害较大，印染废水的处理已成 为世界各国治理水环境方面亟待解决的一大难题。目前常用的吸附法、生化法和 混凝沉降法等均难以使染废水的处理到达令人满意的结果。光催化处理印染废水 是一种极有前途的处理方法。 三

6、、实验材料 商品 y1 称 储 规格 产地 EDTA 0 回班 X 1 分析纯 国药禺团化学试剂行阻公 H 碗化钠 250 卅瓶 X 1 分析纯 国的集团化学试剂 福酸锌 250 日版 X 1 分析纯 国的集 H1 化学试制仃限公司 内工醇 SOOmUNfi 1 分析纯 国药集团化学试剂有限公诩 乙静无水乙酹 500mUfl-LXl 分析纯 国药集用化中试剂有限公 F 氨水氢轼化钺 X 1 分析纯 国药柒团化学试剂行限公 T 册中某蓝 50 便瓶 X 1 分析纯 国商集团化学试剂仃限公司 去离 f 水 实瞬仪器 效展 产地 数显恒泡水消锅 t I: 国华电器行限公司 WQULKY-2心眼仪 一

7、台 上海梢上科学仪器有限公, 天平仪器厂物理)1 学仪器 1 联合制造 酸度计 - 分析天平 口 3 / 13 四、实验步骤 I.ZnS 纳米品的制备(1)试剂的配制 配制 0.2mol/L 的 Zn(Ac)2 溶液 500mL:称取 10.98g Zn(Ac)2 溶解在 250mL去离子 水中； 配制 0.2mol/L 的 Na2s 溶液 500mL:称取 12.01gNa2s 溶解在 250mL 去离子水 中； EDTA溶液的配制：称取 EDTA-Na H2O 约 18.61g溶解在 250mL去离子水中。 温度因素： A:在 26.1C 的水浴中，取 10mL 上述配制的 Zn(Ac)2

8、 溶液于烧杯中，参加 10mL 的 EDTA,用氨水调节 PH至 4.0,再取 10mL的 Na2s 溶液倒入上述溶液中，并 且不断搅拌，搅拌 15 分钟后，将产物离心别离，并用去离子水洗，倒在蒸发皿 里，在 110c 下枯燥得到 ZnS 纳米晶； B:在 36.1 C 的水浴中，取 10mL上述配制的 Zn(Ac)2 溶液于烧杯中，参加 10mL 的 EDTA,用氨水调节 PH至 4.0,再取 10mL的 Na2s 溶液倒入上述溶液中，并 且不断搅拌，搅拌 15 分钟后，将产物离心别离，并用去离子水洗，倒在蒸发皿 里，在 110c 下枯燥得到 ZnS 纳米晶； C:在 46.1C 的水浴中，

9、取 10mL上述配制的 Zn(Ac)2 溶液于烧杯中，参加 10mL 的 EDTA,用氨水调节 PH至 4.0,再取 10mL的 Na2s 溶液倒入上述溶液中，并 且不断搅拌，搅拌 15 分钟后，将产物离心别离，并用去离子水洗，倒在蒸发皿 里，在 110c 下枯燥得到 ZnS 纳米晶。(3) pH值 A:在 26.1C 的水浴中，取 10mL 上述配制的 Zn(Ac)2 溶液于烧杯中，参加 10mL 的 EDTA,用氨水调节 PH至 3.5,再取 10mL的 Na2s 溶液倒入上述溶液中，并 且不断搅拌，搅拌 15 分钟后，将产物离心别离，并用去离子水洗，倒在 4 / 13 实验仪器 数垠 规

10、格 小房筒 2 P 10mL 大诚桶 2 100mL 烧杯 -3 150mL 2 2 250mL 1 1 1 8()bniL 试剂服 3 25OH 透明 3 25OH 棕色 离心管 12 10mL 洗技呼 5 放头滴管 3 坡地林 3 外表皿 3 药比 2 蒸发皿里，在 110c 下枯燥得到 ZnS 纳米晶； B:在 26.1 C 的水浴中，取 10mL上述配制的 Zn(Ac)2 溶液于烧杯中，参加 10mL 的 EDTA,用氨水调节 PH至 4.0,再取 10mL的 Na2s 溶液倒入上述溶液中，并 且不断搅拌，搅拌 15 分钟后，将产物离心别离，并用去离子水洗，倒在蒸发皿 里，在 110c

11、 下枯燥得到 ZnS 纳米晶； C:在 26.1C 的水浴中，取 10mL上述配制的 Zn(Ac)2 溶液于烧杯中，参加 10mL 的 EDTA,用氨水调节 PH至 4.5,再取 10mL的 Na2s 溶液倒入上述溶液中，并 且不断搅拌，搅拌 15 分钟后，将产物离心别离，并用去离子水洗，倒在蒸发皿 里，在 110c 下枯燥得到 ZnS 纳米晶。 (4) Zn2+/EDTA 的配比 A:在 26.1C 的水浴中，取 10mL 上述配制的 Zn(Ac)2 溶液于烧杯中用氨水调节 PH 至 4.0,再取 10mL 的 Na2s 溶液倒入上述溶液中，并且不断搅拌，搅拌 15 分 钟后，将产物离心别离

12、，并用去离子水洗，倒在蒸发皿里，在 110c下枯燥得到 ZnS 纳米晶； B:在 26.1 C 的水浴中，取 10mL上述配制的 Zn(Ac)2 溶液于烧杯中，参加 10mL 的 EDTA,用氨水调节 PH至 4.0,再取 10mL的 Na2s 溶液倒入上述溶液中，并 且不断搅拌，搅拌 15 分钟后，将产物离心别离，并用去离子水洗，倒在蒸发皿 里，在 110c 下枯燥得到 ZnS 纳米晶； C:在 26.1C的水浴中，取 10mL上述配制的 Zn(Ac)2 溶液于烧杯中，参加 15mL 的 EDTA,用氨水调节 PH至 4.0,再取 10mL的 Na2s 溶液倒入上述溶液中，并 且不断搅拌，搅

13、拌 15 分钟后，将产物离心别离，并用去离子水洗，倒在蒸发皿 里，在 110c 下枯燥得到 Zns 纳米晶。 2. ZnS 纳米晶的称重 将蒸发皿中的白色物体刮下并称重。 3. ZnS 粒径分析 使用粒度仪测定 ZnS 的粒径。 4. ZnS 纳米晶光催化活性考察 将水溶性染料在室温下溶解配制成 10mg/L的溶液，分别取上述三个样品各 8mg,分别参加装有 250mL上述溶液的烧杯中，搅拌均匀，并迅速转移至光催化 反响器中，开启 500W紫外光源(主波段 365nm),每隔 5min取样测试，于离 心别离后，取上层清液使用吸光光度计测量它的吸光度值，重复 5 次。使用脱色 率来反响整个降解过

14、程有机染料的脱色效果，脱色率用下式表示： 脱色率=(1A/A0) X00% 其中 A0 A分别为处理前后染料溶液在最大吸收峰处的吸收值。 五、实验数据记录及处理 1.温度的影响： 产量： 温度/C 26.1 36 J 46.1 产量/mg 14.0 24.9 28 J 5 / 13 (2)ZnS 粒径分析： A:样品 1 (26.1C) 参数表 分级序号 K 度分级|J m 数目口分数限 值百分教魇 1 0.2004 上 250 1.69 0J3 ? 0.250-0300 13,69L05 3 0.300-0.350 16.04 2 202 20 4 ().350-0.400 15.73 3.

15、55 P 5 0*4004450 13.53 4.7。 6 O.45(M).5tX) 9.SI 4.95 7 0.5000.600 6,45 4.46 8 0.0W-Q.70O S.74 9J6 9 0.700-0.800 5.98 ILI3 10 0.800-0.900 3.09 9.07 0.900-L000 2.90 13.60 12 L(KX)-1.!00 0.56 3.82 13 1JO0-L20O 046 3.80 14 .20(7300 036 3.71 15 L300-L400 028028 3.64 16 1.400-(500 021 3.85 17 0.21 5.50 18

16、 1.600-1.700 0.00 0.00 19 L700-L800 0.00 om 20 1.80()-1,900 0.26 IL42 21 1.90(2.000 0.00 0.00 2,000-2.098 0.00 OIM) 商而乘棒闾朗 TS1A 稣 杆品名称：样晶I 比例形状京数 Ko：6 后制枭样周刖TSA 2 睡也流体常度 DF/g - cm3 :I .XWH6 烦的样马曾艮 DS/g * ：4J02 做粘流体用：式：vmu.jo 板轧流体粘巾 p/p：aniH。 圈骷转速 U/r * min4 i-woo 微分粒度分布样品 1 6 / 13 体系中颗粒粒度的微分分布曲线样品 1

17、 160.00 140.00 120.00 100.00 AQ/A ，-*系利 D80.0060.00 40.00 20.00 0.00 0.0000.5001.0001.5002.0002.500 D pm 平均粒径pm: 个数平均粒径：Dn=0.41 重量平均粒径：Dw=0.82 重量中位粒径：D50=0.89 重量 矩平均径：D43=0.82 重量比外表mA2/g :Sw=2.10 由图知：最可几粒径：Dmd=0.95 B:样品 2 36.1C 参数表 分级序号 粒/工分级隼m 1数H门分S是 市仃分故陷 1 0J 50-0 JOO 116 0.03 | 2 (12CK) 0.25()

18、19361936 L44 前面黑惮周期 TSUtTSUt：l l 比制形状系数匕酒 境传流体甯度 DfTg DfTg cmcm，: : LOOS86LOOS86 维转流体用山 V/mLV/mL：3030 限/转速 UA UA - - minmin1 1 :4000:4000 样品之胤工杆局 2 2 后面栗样用 WITS/WITS/，: :：! ! 额幡样品第度 DSDS 里* CTD CTD 1 1 M.102M.102 交转洵件砧匹 P/P .01010P/P .01010 微分粒度分布样品 2 7 / 13 箪中 L LL L 体系中颗粒粒度的微分分布曲线样品 2 160.00140.00

19、120.00100.00 A Q/AD 80.0060.0040.0020.000.00 0.000 0.2000.4000.6000.8001.0001.2001.4001.600 D pm 平均粒径pm: 个数平均粒径：Dn=0.33 重量平均粒径：Dw=0.71 重量中位粒径：D50=0.76 重量 矩平均径：D43=0.71 重量比外表(mA2/g) :Sw=2.46 由图知：最可几粒径： Dmd=0.75 8 / 13 3 0750-0.300 18.85 2.7X 4 0J00-0350 1553 4J7 5 5 03504).400 11.63 5.25 6 0.400-0.45

20、0 7.97 5.52 7 0450-0.500 5.4K 5.44 & 0.5UO-0.600 3.98 5.50 9 O.frOO-O+7(M) 5.62 1L9R 10 (17000 MOO 1 3.71 13,53 11 0.800-0.900 2.0 j 11.65 12 0.900- LOGO 1.40 12.09 13 1.(100-1.100 0.74 9.05 14 L100-L200 0 27 445 15 JOU-1300 0.19 3.82 16 1 JOO-1.400 0.09 231 17 L40CL L41G OQ3 0.9 i C:样品 3 (46.1C

21、) 参数表 分级序号 粒收分级隼m 教I in分放相 瓶卡打分数户不 1 0J 50-0.200 0.75 0.06 Q.2OQ4.25O 2a89 2J8 3 (J.250-U300 23.29 6.44 4 0JOO-O.35O IM3I 9.12 5 03500.400 14.45 IL87 6 0.4(X)0 450 8.94 UJ2 7 7 0.450500 4.77 8J4 0.500 n,600 2.97 7.59 g 0.6004)700 3.16 12.29 10 0.7W8OU 1.4( 9.44 it O.RfMblXXl 0.52 543 12 G.9(M)-1.000

22、 024 3.92 13 ) LOOM.100 0.09 2.25 14 1JOO-I.200 (J.04 1.17 15 1.200-1.300 0.04 135 16 L300d.40a 0,03 L56 17 L4gL500 0.03 193 18 1500-1.600 0.03 2.S3 19 1.6031.700 0.00 0.00 20 1.700-1.7B (1.00 0.00 阳面蜜怦闷明丁】“；1 徉梅*刃调徉从 3 比例格状暴数 K。港 6 面文样冏期 75 向？ 赛轼潇伟棉,工 -cm ：1：J.fKJKKti -lOffEVi DS/g -cm-? MJ02 成转流体刃

23、 fh V/mLiJO 旋转流体粘度 回 fit 转毯 U/Y , mi nJ ：4000 微分粒度分布样品 3 9 / 13 体系中颗粒粒度的微分分布曲线样品 3 300.00 250.00 200.00 AQ/A 一系列1 D 150.00 100.00 50.00 0.000.000 0.2000.4000.6000.8001.0001.2001.4001.6001.800 D (pm) 平均粒径(pm): 个数平均粒径：Dn=0.31 重量平均粒径：Dw=0.46 重量中位粒径：D50=0.50 重量 矩平均径：D43=0.46 重量比外表(mA2/g) :Sw=3.47 由图知：最可

24、几粒径： Dmd=0.375 (3) ZnS 光催化活性研究 啾此僮值 26. IV 0.M5 0 524 D324 0.532 11 M)6 U612 0.611 Lka)4Lka)4 GSOfl 0.512 10 / 13 业 W 期好:吸光度曲线 由上图知：标准值为 663nm 时吸光度值为 A0=0.620 A.26.1 C时 ZnS 纳米材料光电性能研究样品 1 17.00 16.00 15.00 脱色率 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00 123 次数每 5min 一次 45 11 / 13 0.5 0.503 asos B.36.1C ZnS 纳米材料光电

25、性能研究样品 2 10.00 9.00 8.00 7.00 脱色率% 6.005.004.00 3.00 2.00 1.00 0.00 123 次数每 5min一次45 C.46.1C ZnS 纳米材料光电性能研究样品 3 19.50 19.00 18.50 18.00 17.50 17.00 16.50 16.00 15.50 123 次数(每 5min 一次)45 脱色率( 12 /13 2.pH值的影响 (1)最可几粒径：ph=3.5, Dmd =0.45 ; ph=4 , Dmd =0.41 ; ph=4.5 , Dmd =0.36 (2)脱色率：26.1 C, Zn2+/EDTA的配比为 1:1, pH=4 时，脱色率分别为： 26.11%、27.15%、28.24%、29.56%、30.01% 3.Zn2+/EDTA的配比的影