硅藻硅质壳氧化锌纳米材料制备和表征

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1、硅藻硅质壳氧化锌纳米材料制备和表征摘要：建立溶液配位反应-沉淀反应多重平衡合成前驱体的方法，成功合成了基于海洋硅藻硅质壳三维多孔状结构的氧化锌纳米材料，并使用扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜及能谱仪（TEM-EDS）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）对其进行了表征。同时，对硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料进行了发光性能的分析和比较研究。结果表明硅藻硅质壳模板合成后的氧化锌材料在蓝绿光可见区（400〜550nm）有光致发光效应，与模板合成前相比光致发光性能上提高了14.55%。关键词：氧化锌硅藻硅质壳纳米材料光致发光分类

2、号：TB34文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）02（b）-0005-04硅藻（diatom）是一类单细胞真核浮游植物，生产了40%〜45%的海洋初级生产力［1］和20%〜25%的世界初级生产力［2］，现存200多个属、超过105个物种［3］。硅藻具有因种而异的刚性细胞壁结构，称为硅质壳（frustule），其在纳米至微米尺度上表现出的规律性和重现性，使得硅质壳具有了非常好的韧性、传输率和高比表面积等性质。硅藻硅质壳纳米材料因其奇特、复杂的结构而具有应用价值［4〜6］，但硅质壳固有的氧化硅（silica）组成限

3、制了其应用范围，因此，在维持硅藻硅质壳三维纳米结构的形态、结构不发生改变的情况下，将其主要成分二氧化硅转化为其他的具有应用前景的材料成分成为了关键的一步。目前，在硅藻硅质壳的化学修饰方面已有大量的研究，主要集中在生物光电子、生物矿化、微流体、药物载体、生物传感器等领域［7〜15］。从报道中来看，所得新纳米材料的种类和方法仍有很大的研究空间。纳米氧化锌作为一种新型多功能无机材料，物理化学性质稳定，氧化活性高且廉价易得。纳米级ZnO具有表面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等，与普通ZnO相比，表现出许多特殊的性质［16〜18］，特别是

4、纳米ZnO由于宽的带隙和丰富的缺陷能级，在受到外界激发时，能发射出从紫外到可见光范围的许多不同波长的荧光。在这里，我们建立基于硅藻硅质壳结构的纳米材料合成新方法，以硅藻硅质壳为模板，建立配位反应-沉淀反应多重平衡合成法，可控合成三维结构的氧化锌纳米材料，并探讨其光学性能。1实验部分1.1主要实验仪器与试剂材料主要实验仪器：JSM-6700F冷场发射扫描电子显微镜(JEOL,Japan);JEM-2100透射电子显微镜(200kV)(JEOL,Japan);Nicolet380FT-IR傅立叶变换红外光谱仪(ThermoFishe

5、rScientificAmerica,USA）；F-4600荧光分光光度计（Hitachi,Japan）;LDZX-50KBS立式压力蒸汽灭菌器（上海申安医疗器械厂）；箱式电阻炉SX25-12（龙口市电炉制造厂）。主要试剂材料：六水合硝酸锌（AR）;碳酸铵（AR）;30%过氧化氢（AR）；无水乙醇（AR）；氨水（AR）;硫酸（AR）;盐酸（AR）。F/2营养液：根据F/2营养液配方，依次取氮、磷、硅、微量元素储备液1ml，维生素储备液0.5ml,加入1L的过滤灭菌海水中，即得F/2营养液。实验所用的圆筛藻（Coscinodisc

6、ussp.）由中国海洋大学海洋污染生态化学实验室的藻种室提供。1.2硅藻的培养及硅质壳结构的提取硅藻的培养：在光照培养箱内采用实验室单种一次培养法培养。具体培养条件为：将圆筛藻（Coscinodiscussp.）接入新鲜的培养液中，在温度20°C±1°C，明暗周期12h白/12h黑，光源为白色日光灯，光照强度约为4000Lux的环境中培养。每日摇动2〜3次，藻种生长到指数生长期后重新接种，如此反复2〜3次，此时藻种状态良好，用于实验。硅质壳的提取：将圆筛藻液在低速大容量离心机中以3000r-min-1的速度离心得到圆筛藻余液，加

7、入30wt%过氧化氢和2mol•L-1的盐酸，在暗处放置反应48h，分别用二次水和无水乙醇洗涤两次，离心，置于真空干燥箱在130°C下干燥3h。1.3硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料的模板合成配位反应-沉淀反应多重平衡合成法配制溶液：配制0.2mol•L-1的Zn(N03)2溶液和1mol•L-1的(NH4)2C03溶液。准确称取硅质壳材料0.024g，加入30ml蒸馏水中，充分搅拌直至硅质壳材料分散均匀。加入0.2mol-L-lZn(N03)2溶液2.00ml，缓慢滴加1mol•L-1的(NH4)2C03溶液。加入一定量的氨水，直

8、至产生的沉淀刚好消失为止。将烧杯置于80°C恒温水浴中，固定中速搅拌，进行水解反应。将反应液转移至抽滤漏斗中分离，并分别用蒸馏水和无水乙醇各洗涤所得沉淀两次，得到前驱体。将前驱体置入箱式电阻炉中，升温至450°C，保温4h，得到硅质壳结构氧化锌纳米材料。1.4硅