文献综述
含氮配体是常见的有机溶剂,可以和大多数的金属离子配位,比如锌、钙、铜和稀土镧锕系等离子,因此作为结构导向剂,被广泛用作模板来辅助控制成核和晶体的生长。含氮配体的吸附和脱附可以动力学地控制沿着不同晶体方向的生长速率,从而使产物具有不同形貌[1-3],为合成具有均匀尺寸和可控形态的无机微纳米材料提供有效帮助。含氮配体辅助制备各种纳米材料的应用已有不少,本课题组已在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的辅助下成功合成ZnOHF[3]和ZnO[4],在L-天冬氨酸(L-Asp)的辅助下合成CeVO4[5]、YVO4[6]和ZnWO4[7],甘氨酸的辅助下制备CaWO4[8]等。所以含氮配体是辅助生成产品的关键因素,并在纳米材料的形貌、尺寸等微观结构方面的调节发挥重要作用。二乙醇胺作为含氮配体的一种也被大量利用,具有很大的发展潜力和价值。邱巧锐[9]通过Zn(NO3)2·6H2O、油酸和二乙醇胺反应制得ZnO。谭芳[10]在硝酸锌体系中用络合剂二乙醇胺和氨水复配合成球状氧化锌。
能源危机和环境污染是人类面临的主要威胁[11],半导体技术是将清洁易得的太阳能转化为化学能[12]和降解有机染料污染水[13]的重要途径。ZnO是一种带隙为3.37eV的n型半导体,由于其优良的光电化学性能,在气敏元器件[14]、光催化[15-17]以及传感器[18,19]等领域得到了广泛的应用。现已经开发出多种合成路线用来制备ZnO,如水热法[14]、微波辅助热分解法[20]、喷雾热分解[21]、化学气相沉积法[22]等。我们知道各种各样的物质其自身的化学性质和物理性质的改变主要依赖于其微观结构,比如微观结构的形态、大小和表面积。一系列具有不同形貌的ZnO微纳米材料已经成功被制备,如花状[23-25]、球状[26]和棒状[27]。由于其优越的使用价值和发展潜力,已经有很多人在ZnO微/纳米结构的制备及其性质的研究方面付出了许多努力,做出了大量尝试,并取得一定成效。
不同形貌的纳米结构性能可能不同,为了可控地制备有实用价值的ZnO,很多课题组开始探究不同形貌ZnO形成的影响因素。其中包括温度、时间、反应物浓度以及不同锌源的变化对合成不同形貌ZnO的影响。改变锌源的种类会影响纳米晶体的表面形貌,结构性能及光催化活性。一般采用的锌源都是ZnSO4、ZnCl、Zn(NO3)2和Zn(OAc)2,以这四种锌源为反应物合成产物,来考察微/纳米级产物的尺寸和形貌的不同。吴楹[28]课题组采用水热法,以硝酸锌和醋酸锌为锌源制备了不同形貌的纳米ZnO。Monica Distaso[29]等人采用溶剂热法通过硝酸锌和醋酸锌,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和水混合溶液得到了形态和尺寸不同的ZnO。
基于以上启示,本实验采用水热法,通过调节二乙醇胺的用量、锌源的种类以及反应时间和温度,控制产物的晶相,尺寸,形貌,生成ZnO微纳米材料。通过各种测试(XRD、SEM)对所获得的样品的形貌、结构进行表征,并研究其反应历程。借助紫外光谱,研究有机染料(罗丹明B、亚甲基蓝、甲基橙等)在紫外光辐射下的降解程度,探究产品的光催化活性。
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