咪唑基离子液体及氯化胆碱低共熔溶剂中微/纳米ZnO晶体的调控合成

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开发更为绿色的溶剂,一直是绿色化学研究的重要课题。绿色化学的发展过程,也是以更为绿色的溶剂逐步替代传统绿色溶剂的过程。离子液体和低共熔溶剂是近几十年来被人们关注最多的两种“绿色溶剂”。按照出现的时间顺序,离子液体首先进入人们的视野,由于其具有一系列传统有机溶剂所不具备的卓越的物理化学性质,而被广泛开发应用于催化、有机合成、电化学、光化学、萃取分离、材料制备等化学工业的各个方面。但随着对离子液体毒性和生物降解性研究的不断深入,离子液体本身的绿色性开始被质疑。低共熔溶剂在新千年出现,在某些领域的应用中逐步取代离子液体。低共熔溶剂具有和离子液体相似的物理化学性质,但在原料选择、合成方法、原子经济性等方面比离子液体更为优越。减少环境污染、实现商业化一直是纳米材料制备所追求的目标,所以,将更为绿色的溶剂应用于纳米材料的制备过程有着重要的意义。作为国家自然科学基金资助项目(批准号:21173070,20973055)的一部分,本文将咪唑基离子液体和氯化胆碱-尿素低共熔溶剂分别引入纳米ZnO晶体的合成过程,通过优化实验条件,以不同方法制备出不同形貌、不同尺寸的微/纳米ZnO晶体。根据研究内容的不同,本文主要分为以下几个方面:一、将具有不同碳链长度的4种咪唑基氯盐离子液体([Cnmin]Cl,n=2、4、6、8)引入水热合成,与水组成混合溶剂作为微/纳米ZnO晶体合成的介质。在反应过程中,通过改变离子液体及其用量,反应温度、时间等实验参数,实现了对ZnO晶体形貌的调控合成。二、氯化胆碱-尿素低共熔溶剂具有独特的溶解ZnO的能力。利用这种能力,先溶解ZnO,后引入一种反溶剂,破坏其溶解ZnO的能力,即以一种先溶解后析出的方式,制备微/纳米ZnO晶体。反应分别在常压烧瓶和恒容水热反应釜两种反应容器中进行。在合成过程中,通过调节反应的温度、时间,反溶剂的用量等实验参数,制备出具有不同形貌的微/纳米ZnO晶体。三、利用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)等手段对所合成的ZnO晶体颗粒进行表征。分析了各种反应条件对ZnO晶体形貌的影响,以及不同反应体系下,所合成ZnO晶体在结晶度上的差异。四、选取3种体系下所合成的具有不同形貌的6种微/纳米ZnO颗粒用于对甲基橙溶液的光催化降解研究中。探讨了不同体系,不同形貌、不同结晶度的ZnO晶体颗粒在光催化降解能力上的差异。
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