棒状氧化锌的“绿色”合成及性能表征开题报告

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1、开题报告棒状氧化锌的“绿色”合成及性能表征一、选题的背景、意义随着纳米科学的发展，人类对自然的认识进入到一个新的层次。材料的新性质被逐渐发掘、认识，新的理论模型被提出。著名学者钱学森院士预言：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是二十一世纪的又一次产业革命”。纳米ZnO具有优异的光、电、磁性能，在当今一些材料研究热点领域表现活跃。与普通ZnO相比，纳米ZnO颗粒尺寸小，微观量子效应显著，展现出许多材料科学家渴望的优异性质，如压电性，荧光性，非迁移性，吸收和散射电磁能力等。大量科研工作集中于纳米ZnO材料的制备，掺杂和应用

2、等方面。制备均匀、稳定的纳米ZnO是首要任务，获得不同形貌的纳米结构，如纳米球、纳米棒、纳米线、纳米笼、纳米螺旋、纳米环等，将这些新颖的纳米结构材料所具有的独特性能，应用到光电、传导、传感，以及生化等领域，取得了可喜的成绩[1-3]。世界各国相继大量投入，开发和利用纳米ZnO材料，使其在国防，电子，化工冶金，航空，生物，医学和环境等方面具发挥更大的作用。ZnO是最早使用的气敏材料，具有价格便宜、易于制备和性能稳定等优点，缺点是工作温度较高(约400℃)，选择性、稳定性不好[4-7]。因此，寻找先进的制备ZnO的工艺、提高其气敏性能是目前该领域研究的重点。目前制备

3、方法主要有热蒸发、溅射法、水热法、共沉积法[8-11]等物理和化学方法。其中水热方法因其反应温度低，反应速度快等优点已经在合成材料领域广为应用。但其最大的缺点就是每次水热反应都会产生大量的滤液，既浪费了原料，又对环境造成污染，不利于水热法在工业上应用。本项目试图重复利用水热合成母液。以棒状ZnO的制备为例，如果能够对滤液进行专门处理和重复利用，不仅可以节约30％～40％的成本，而且除了得到棒状ZnO之外，并无其他物质排放，这方面的研究至今未见报道。二、相关研究的最新成果及动态2.1简易的低温液相法，以2种不同的锌源合成了不同形貌的氧化锌纳米棒结构2.1.1以Zn

4、(Ac)2·2H2O为锌源合成ZnO纳米棒将1.1gZn(Ac)2·2H2O溶解在40mL蒸馏水中，2mLNH3·H2O用404mL蒸馏水稀释，然后将配制的Zn(Ac)2溶液逐滴添加到NH3·H2O溶液中，得到白色的悬浊液。将白色的悬浊液转入250mL的圆底烧瓶中在80℃水浴中反应6h，得到白色沉淀。分别用水和无水乙醇将所得沉淀物洗涤数次至中性，在60℃下干燥10h。2.1.2以Zn(NO3)2·6H2O为锌源合成ZnO纳米棒将30mL4mol·L-1NaOH溶液和5mL0．2mol·L-1十二烷基硫酸钠(SDS)溶液先后逐滴加人到20mLlmol·L-1Zn(

5、NO3)2·6H2O溶液中，再加入45mLH2O，得100mL澄清溶液。使用冰块调节水浴温度为3℃，然后在3℃强力搅拌30min，再在室温下持续搅拌1.5h，得到白色悬浊液。将悬浊液移至250mL的圆底烧瓶中，在85℃下反应5h，得到白色沉淀物。将所得沉淀物分别用水和无水乙醇洗涤数次至中性，最后在60℃下干燥10h。2.2水热法制备棒状氧化锌将1g的P123溶于20mL去离子水中，加入0.13gZnCl2不断搅拌使其分散均匀，再加入1g氢氧化钠，搅拌溶解，继续搅拌30min，得到均匀溶液。将该溶液引入25mL的高压釜中，螺钉旋紧密封，并置于烘箱中，在180℃条件

6、下保温12h。关掉烘箱电源，使高压釜自然冷却至室温，即可获得一定量的沉淀产物。过滤，滤液保留，编号1。粉末经过水和无水乙醇离心洗涤若干次后，置于100℃烘箱中烘干，得到固体粉末样品1。利用上述滤液1，继续下面的反应：向过滤分离出来的滤液1中加入0.13gZnCl2，按上述条件进行水热反应，可以得到样品2；按照类似的方法，向滤液1中加入0.13gZnCl2和0.117gNaCl固体（即加入10倍于滤液1中所含NaCI的量，模拟滤液重复利用10次后的环境）并进行水热反应，则可以得到样品3。该制备方法的特点在于，只须在第一次实验时使用少量的表面活性剂，在后续的实验中利

7、用前次实验产生滤液，只充消耗掉的Zn2+和OH-即可(由于体系OH-过量较多，损失部分可以忽略不补)，该方法充分利用了反应原料，理论上最终副产物就是NaCI和水，整个过程可以实现零排放，是一个环境友好的一维ZnO制备方法。三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标3.1课题的研究内容及拟采取的研究方法3.1.1氧化锌纳米棒的制备4论文采用氯化锌、氢氧化钠为原料，Zn(OH)42-为前驱体，借助聚合物PVA的调控作用，在水热条件下，合成棒状ZnO一维结构，重点研究滤液的重复利用问题，开发“绿色”水热法制备纳米材料的一种新方法。3.1.

8、2氧化锌纳米棒的表征XR