溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌.doc

目录 1. 选题的意义 2. 实验目的 3. 实验的方法手段 4. 可能获得的结果 5. 可能存在的问题和难题 6. 纳米氧化锌的应用 7. 发展前景 8. 参考文献溶胶- 凝胶法制备纳米氧化锌一:选题的意义纳米氧化锌( ZnO )是一种面向 21 世纪的新型高功能精细无机产品, 作为一种新型多功能无机材料, 在很多领域有着广阔的应用前景, 尤其是在与人类生存和健康密切相关的光催化降解有机物污染和抗菌方面有着独特的优势。其粒子尺寸在 1~ 100nm 之间。由于颗粒尺寸细微化,纳米氧化锌能产生其本体块状材料所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,在磁、光、电、敏感等方面具有一些特殊性能。纳米氧化锌主要应用在橡胶、油漆、涂料、印染、玻璃、医药、化妆品和电子等工业, 作为抗菌添加剂、防晒剂、光催化剂、气体传感器、图像记录材料、吸波材料、导电材料、压电材料、橡胶添加剂等。因为纳米氧化锌的优越的性能,它在我们社会生产以及日常生活中起着越来越突出的作用,并对社会发展和社会进步有着不可忽视的意义。本文结合国内有关溶胶- 凝胶法制备纳米氧化锌方面的研究论文, 设计了一种以醋酸锌为前驱物,草酸为络合剂,柠檬酸三铵为表面改性剂,无水乙醇、去离子水为溶剂,用溶胶-- 凝胶法制备纳米氧化锌的最优工艺过程, 介绍、分析了溶胶-- 凝胶法制备纳米氧化锌的原理、工艺以及影响氧化锌粉体粒度、形貌及分散性的因素。并介绍了纳米氧化锌的应用与发展前景。二:实验目的 1: 了解溶胶—凝胶法制备纳米氧化锌的过程方法 2 :了解纳米氧化锌的优越性能及实际应用已知: 氧化锌, 俗称锌白, 分子式为 ZnO 。纳米氧化锌为白色或微黄色晶体粉末, 属六方晶系纤锌矿结构, 晶格常数为 a= × 10 -10m, c= × 10 -10m, 为两性氧化物, 密度为 , 熔点为 1975 ℃, 溶于酸和碱金属氢氧化物、氨水、碳酸铵和氧化铵溶液,难溶于水和乙醇,无味,无毒,无臭,在空气中易吸收二氧化碳和水。在这些基础上我们通过这次设计来探究纳米氧化锌的形貌、变氧化锌本体的很多性能, 如缺陷浓度、颗粒大小等, 而这些因素会在一定程度上将会提高氧化锌的物理和化学性能三:实验的方法手段 1 、设计原理: 溶胶-- 凝胶法制备纳米氧化锌。溶胶-- 凝胶法是将金属有机或无机化合物经过溶液水解、溶胶、凝胶而固化,再经热处理而形成氧化物或其他化合物粉体的方法,其过程是:用液体化学试剂或溶胶为反应物,在液相中均匀混合并进行反应,生成稳定且无沉淀的溶胶体系。放置一定时间后转变为凝胶, 经脱水处理,在溶胶或凝胶状态下成型为制品,再经过烧结固化制备出致密的氧化物材料。溶胶-- 凝胶法制得的粉体粒度可控,分布均匀, 纯度高,而且设备简单,易于控制,基本反应原理如下: (1) 溶剂化--- 能电离的前驱物- 金属盐的金属阳离子 M z+ 将吸引水分子形成溶剂单元 M(H 2 O)(Z 为M 离子的价数), 为保持它的配位数而有强烈的释放 H + 的趋势: M(H 2 O) M(H 2 O) n-1 (OH) (z-1)+ +H + 这时如果有其他离子进入就可能产生聚合反应,但反应式极为复杂。(2) 水解反应--- 非电离式分子前驱物,如:金属醇盐 M(OR) n(n 为金属 M 的原子价)与水反应表示为: M(OR) n+xH 2O M(OH) x (OR) n-x+ xROH 反应可持续进行,直到生成 M(OH) n。(3) 缩聚反应--- 缩聚反应可分为失水缩聚和失醇缩聚: 失水缩聚: -M-OH + HO-M -M-0-M- +H 2O 失醇缩聚: -M-OR + HO-M -M-O-M- + ROH 反应生成物是各种尺寸和结构的溶胶体粒子。 2 、反应原理: 以醋酸锌(Zn(Ac) 2·2H 2O) 为前驱物,草酸(H 2C 2O 4) 为络合剂,柠檬酸三铵((NH 4) 3C 6H 5O 7) 为表面改性剂, 无水乙醇(C 2H 5 OH) 、去离子水为溶剂, 通过溶胶-- 凝胶法制备纳米氧化锌, 其化学反应方程式如下: Zn(Ac) 2· 2H 2O+H 2C 2O 4 ZnC 2O 4+ 2HAc + 2H 2O ZnC 2O 4 ZnO + 4CO 2+ 2H 2O 3 、工艺过程溶胶- 凝胶法制备纳米氧化锌的工艺过程示意图草酸无水乙醇溶液透明溶液白色凝胶保温 过滤置于恒温水域剧烈搅拌 g柠檬酸三铵表面改性剂 50mL 去离子水 g醋酸锌干凝胶纳米氧化锌洗涤(乙醇、水)干燥(80 ℃-2h) 煅烧(600 ℃-3h) 洗涤(乙醇、水)、干燥用 AFM 观测 g草酸 100mL 无水