论文部分内容阅读
本课题采用硝酸锌、氢氧化钠为原料,以聚乙二醇(平均分子量2000)为模板剂,采用新颖的微波水热工艺成功制备出了氧化锌自组装微球。实验所得样品分别用XRD、XPS、EDS、SEM、TEM、SAED、TG/DSC、FTIR、PL等检测仪器进行了分析和表征,还考察了所制备ZnO样品对某些有机颜料的光催化降解特性,同时也对ZnO自组装结构的形成机理做了分析。除此之外,对微波水热工艺过程中可能影响产物结构和形貌的各种影响参数也做了考察分析,比如:微波水热温度、微波水热时间、PEG添加量、PEG分子量、超声处理、其它表面活性剂影响等。最后,在制备ZnO自组装微球的基础上,对水热法制备AACH(碳酸铝铵)自组装微球进行了初步探索。
实验结果表明:(1)根据XRD、EDS和XPS的分析可知,所制备的ZnO自组装微球样品的晶相为纯六方纤锌矿氧化锌;从SEM观察形貌可知,样品主要由ZnO棒自组装的3D微球结构组成,自组装微球的直径在1.5～2μm左右,单根ZnO棒的直径为300 nm左右,长度1μm左右,并与TEM分析结果一致;HRTEM分析可知,样品的晶体点阵条纹清晰,表面原子排列整齐,晶面间距为0.26 nm,对应于纤锌矿ZnO晶体中两(002)晶面之间的距离d(002),说明ZnO晶体是沿[001]晶向(即c轴方向)生长;ZnO棒的SAED照片说明样品为单晶结构;光致发光光谱表明样品在413～464 nm范围内有很强的蓝光发射特性,这与样品的微观结构有很大关系;样品的红外光谱分析证明了PEG的模板作用,即PEG与Zn2+的相互作用形成了小球模板,在后续的微波水热过程中,ZnO晶体即在小球模板上生长并最终形成微球结构。(2)微波水热工艺参数的研究表明,ZnO在微波水热时间很短时也能快速生成,且结晶性良好,延长微波辐照时间对样品的物相结构影响不大,但会影响自组装微球结构的完整性;微波水热温度过高,对产物的物相和自组装形貌均有不利影响;PEG-2000添加过少或过量,也对产物分散性和微球结构有不利影响;超声处理不但有利于体系粒子的分散,而且有利于小球模板的形成;选用其它表面活性剂(如CTAB和SDS)能够得到自组装程度不同的产物,产物结构的控制关键在于选择适当的反应体系。(3)以硝酸铝、尿素为原料,PEG-1000为模板剂,采用传统水热法制备了棒状AACH自组装微球。所制备样品在室温条件下结晶性良好,单个AACH自组装微球的直径大约为3μm左右,单个AACH棒的直径约100～200 nm,长约1.5μm。研究发现,制备过程中添加晶种液能够提高AACH样品的晶化程度,细化晶粒,使自组装微球结构更为饱满和密实;并对其生长过程和形成机理做了初步分析。