纳米氧化锌电化学制备和表征

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1、纳米氧化锌的电化学制备与表征王靖昊515111910055一、实验目的1、用电化学沉积法制备纳米氧化锌薄膜，掌握相关原理。2、用XRD、紫外可见吸收光谱等分析手段对所制备的纳米ZnO进行表征。3、对所得纳米ZnO进行染料降解测试。二、实验原理1、纳米氧化锌ZnO是一种II、VI族宽禁带半导体化合物材料，最常见的结构主要有六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构。其中，六角纤锌矿为热力学稳定的结构。ZnO半导体具有良好的光电、压电、气敏性质，电化学稳定性高、价格低廉、毒性小、能阻截紫外光等优点，在透明导体、太阳能电池、光波导器件、微传感器等方面具有广泛的

2、应用。制备纳米ZnO的方法有很多，如金属有机化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热法、脉冲激光沉积法、电化学沉积法等。其中电化学沉积法实验条件要求低，可在低温下进行，操作简单，成本低，适合用于本次综合化学实验。2、电化学沉积法电化学沉积法指电解含有所要生长元素的电解液，使所需固体物质在电极析出沉积的方法。电化学沉积法分为阳极氧化法和阴极还原法，因对ZnO的制备，阴极还原法实际相对简单，本次采用阴极还原法。在硝酸锌电解液中，阴极反应式为：总反应式为：从而在阴极得到纳米氧化锌材料3、染料降解研究当半导体光催化剂受到光子能量高于半导体禁带宽度的入射光照

3、射时，位于半导体催化剂价带的电子就会受到激发进入导带，同时会在价带上形成对应的空穴，即产生光生电子-空穴对。光生电子(e-)具有很强的氧化还原能力，它不仅可以将吸附在半导体颗粒表面的有机物活化氧化，还能使半导体表面的电子受体被还原。而受激发产生的光生空穴(h+)则是良好的氧化剂，一般会通过与化学吸附水（H2O）或表面羟基（OH-）反应生成具有很强氧化能力的羟基自由基（·OH）。研究表明羟基自由基几乎能够氧化所有有机物并使之矿化。实验证明一般光催化反应都是在空气气氛中进行，其中一个主要原因就是空气中所含氧气的存在对光催化有促进作用，能加速反应的

4、进行，从原理上分析普遍认为氧气的存在可以抑制光催化剂上电子与空穴的复合，同时它还可以与光生电子作用形成超氧离自由氧O2-，接着与H+生成HO2，最后再生成羟基自由基，因此成为了羟基自由基的另外一个重要来源。纳米ZnO在紫外光照射下电子由价带跃迁到导带，因而产生电子-空穴对，电子-空穴对能高效催化氧化还原反应，促进染料降解，同时纳米级粒子具有大比表面积，催化活性高，因而纳米ZnO有较好光催化性能，本实验通过研究纳米ZnO催化有机染料的降解来研究其光催化性能。4、ITO电极ITO导电玻璃是在钠钙基底或硅硼基基片玻璃上利用磁溅射的方法镀上一层氧化铟

5、锡膜（ITO）加工而成的。在厚度只有几千埃的情况下，氧化铟透过率高，氧化锡导电能力很强，液晶显示器所用的ITO玻璃正是一种具有高透过率的导电玻璃。由于ITO具有很强的吸水性，所以会吸收空气中的水分和二氧化碳并产生化学反应而变质，因此在存放是需要防水。ITO层在活性正价离子溶液中易产生离子置换反应，形成其他到点和透过率不佳的反应物质，所以在加工过程中，避免长时间放在活性正价离子中。本实验通过在电化学工作站，通过三电极体系即参比电极（饱和氯化钾的甘汞电极），对电极（铂电极）以及工作电极ITO电极，电解硝酸锌溶液，并在负极得到聚集于ITO电极的纳米

6、ZnO，通过XRD实验探究其晶体结构以及晶粒的大小，并在甲基橙溶液中探究紫外光强下，其染料降解性能，通过不同温度的实验条件，得到适用的ZnO纳米粒子。三、实验仪器与药品药品：Zn(NO3)2·6H2O固体、去离子水、甲基橙。仪器：电化学工作站，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，ITO玻璃电极为工作电极、岛津6000X射线衍射仪、紫外-可见吸收光谱仪、恒温水浴锅、电解池、烧杯、50ml容量瓶、量筒、药匙、电子天平、胶头滴管。四、实验内容1、电解液配制称取2.97gZn(NO3)2·6H2O用去离子水溶解溶解，定容于100ml容量瓶得0.

7、1mol/LZn(NO3)2电解液。2、ITO玻璃电极的处理先用洗洁精清洗电极除去油污、汗迹，然后用去离子水清洗干净，用丙酮擦拭后放入无水乙醇中超声20min，然后在去离子水中超声15min，此时ITO表面挂一层水膜，清洗干净。3、纳米ZnO制备取50ml0.1mol/LZn(NO3)2电解液加入电解池中，以铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，ITO玻璃电极为工作电极，在恒温水浴锅中恒温至650C，打开稳压恒流电源，设置恒电位10V电解，电沉积15min后，关闭电源，用去离子水轻轻冲洗阴极后放入烘箱烘干，即得纳米ZnO。另取50ml0.

8、1mol/LZn(NO3)2电解液加入电解池中，以铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，ITO玻璃电极为工作电极，室温25℃下反应，打开稳压恒流电源，设置恒电位