离子液体—丙氨酸共辅助制备多级结构氧化锌及其性质

论文摘要

众所周知,无机微纳米材料因具备独特的结构和优异的物理化学性质,已被广泛应用在材料、生物医药、微电子、微机械等方面。在众多的氧化物微纳米材料中,氧化锌作为其中一员,在场发射器、传感器、催化剂、水净化剂等领域也吸引了众多研究者的高度关注。这主要归因于氧化锌独特的物理化学性质。近些年来许多科研工作者都致力于不同形貌氧化锌的制备及应用。总的说来,这些制备方法或使用毒性较大的试剂、工艺复杂、条件苛刻、成本过高,或反应时间长,产品尺寸的均一度差,抑或会使纳米粒子的应用受到限制。由此可见,找到一种简便、有效、“绿色”的合成方法具有十分重要的意义。离子液体由于其高热稳定性、难挥发、无毒、宽液程以及可设计性等优良的理化性能使其在制备无机微纳米材料过程中显示出极大优势。然而,借助离子液体制备形貌独特和性质优异的氧化锌依然是一项挑战性的工作。此外,在一般的合成体系中,大都采用单一锌源,一次生成的方法来获得氧化锌。另外,丙氨酸作为一种两性有机酸,将其与离子液体混合,也会对氧化锌的形貌起到一定的调控作用。鉴于此,本论文试图在离子液体和丙氨酸共存条件下,采用双锌盐组分及三锌盐组分分别制备不同形貌的氧化锌,并利用现代测试技术表征产物的物相结构、微观形貌和光学性质。本论文首先合成出[BMIM]Cl、[BMIM]Br、[BMIM]OH三种常规离子液体（IL）,用于后续制备微纳米氧化锌。（1）在丙氨酸-IL体系中,以醋酸锌、硫酸锌、氯化锌的混合盐为锌源,氢氧化钠做沉淀剂,采取水热法制备了空竹状多级结构的氧化锌。通过对比实验探讨了影响氧化锌形貌的多种因素,结果显示锌盐阴离子对氧化锌的空间结构构筑起着导向作用,离子液体-丙氨酸和温度起着驱动力的作用。紫外-可见吸收光谱表明160℃制备的代表性空竹状氧化锌样品的吸收峰较强,而120℃制备鳞片状氧化锌样品的吸收峰较弱,这可能与立体结构和平面结构的差异有关。（2）在BMIM]Br离子液和丙氨酸体系中,以两种混合锌盐（醋酸锌和氯化锌）为锌源,采用水热法150℃制备了含锌的前驱液。由前驱液制备出纳米粒组装的分级结构氧化锌（代表性样品）；通过对比实验探讨了前驱液的制备条件对氧化锌形貌的影响,结果表明锌盐阴离子、离子液体-丙氨酸及温度对氧化锌的形貌构筑都有着重要作用。紫外-可见吸收和光致发光光谱揭示代表性样品具有典型的吸收和发光性能；甲基橙的光催化降解实验表明代表性样品具有较好的光催化效果,并证实样品的光催化性能与其微观结构和形貌密切相关。（3）在[BMIM]Cl离子液体和丙氨酸体系中,以三种混合锌盐（醋酸锌、硫酸锌和氯化锌）为锌源,采用水热法160℃制备了含锌的前驱液；由该前驱液制备出纳米片组装的花状结构氧化锌（代表性样品）；通过对比实验探讨了前驱液的制备条件对氧化锌形貌的影响,结果表明改变实验条件可以制备出形貌可控的目标产物；甲基橙和罗丹明B的光催化降解实验证实样品的光催化性能与其微观结构和形貌密切相关,其中代表性样品具有最佳的光催化效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米科技与纳米材料
• 1.1.1 纳米科技
• 1.1.2 纳米材料
• 1.1.2.1 纳米材料的结构效应及发展概述
• 1.1.2.2. 纳米材料的应用
• 1.1.2.3 纳米材料的制备
• 1.2 微纳米氧化锌
• 1.2.1 氧化锌的类型
• 1.2.1.1 元素掺杂型氧化锌材料
• 1.2.1.2 复合型氧化锌材料
• 1.2.2 氧化锌的合成及应用
• 1.3 离子液体及其在无机微纳米材料合成中的应用
• 1.3.1 离子液体概述
• 1.3.2 离子液体的性质及在纳米材料合成中的优势
• 1.3.3 离子液体在纳米材料合成中的应用
• 1.4 选题依据和和研究内容
• 1.4.1 选题依据
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 离子液体的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 试剂和仪器
• 2.3 离子液体的合成
• 2.3.1 甲基咪唑的重蒸
• 2.3.2 [BMIM]Cl离子液体的合成
• 2.3.3 [BMIM]Br离子液体的合成
• 2.3.4 [BMIM]OH离子液体的合成
• 2.4 离子液体的表征
• 2.4.1 FTIR表征
• 2.4.2 1H-NMR表征
• 2.5 本章小结
• 第三章 空竹状氧化锌多级结构的制备及形貌影响因素
• 3.1 引言
• 3.2 试剂和仪器
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 代表性样品的制备
• 3.3.2 样品的表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 物相分析
• 3.4.2 红外谱图分析
• 3.4.3 形貌分析
• 3.4.4 单一锌盐对产物形貌的影响
• 3.4.5 混合双锌盐对产物形貌的影响
• 3.4.6 混合三锌盐对产物形貌的影响
• 3.4.7 离子液体种类及用量对产物形貌的影响
• 3.4.8 丙氨酸用量对产物形貌的影响
• 3.4.9 温度对产物形貌的影响
• 3.4.10 锌盐阴离子对产物的作用效果
• 3.4.11 紫外可见吸收光谱分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 纳米粒子组装氧化锌多级结构的制备及其光学性质
• 4.1 引言
• 4.2 试剂和仪器
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 前驱溶液的制备
• 4.3.2 样品的制备
• 4.3.3 样品的表征
• 4.3.4 光催化实验
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 物相分析
• 4.4.2 红外谱图分析
• 4.4.3 形貌分析
• 4.4.4 添加剂对产物形貌的影响
• 4.4.5 锌源对产物形貌的影响
• 4.4.6 温度对产物形貌的影响
• 4.4.7 紫外可见吸收光谱分析荧光光谱分析
• 4.4.8 光催化性能分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 纳米片组装花状结构氧化锌的可控合成及性能
• 5.1 引言
• 5.2 试剂和仪器
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 前驱溶液的制备
• 5.3.2 样品的制备
• 5.3.3 样品的表征
• 5.3.4 光催化实验
• 5.4. 结果与讨论
• 5.4.1 物相分析
• 5.4.2 红外谱图分析
• 5.4.3 形貌分析
• 5.4.4 离子液体对产物形貌的影响
• 5.4.5 锌源对产物形貌的影响
• 5.4.6 组分浓度对产物形貌的影响
• 5.4.7 度对产物形貌的影响
• 5.4.8 紫外可见吸收光谱分析
• 5.4.9 光催化性能分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表与待发表的学术论文