任加诚 李宁宁 冯灿灿 王灵钰 周岩 赵洪晨 杨志广

摘 要：本文以乙酸锌和六亚甲基四胺为反应物，采用简单水热法制备出了纳米氧化锌（ZnO）光催化剂，通过XRD、FT-IR、SEM对其进行了结构表征。实验结果表明，水热法合成纳米氧化锌的最佳反应时间为6 h，最佳反应温度为120 ℃，通过该方法合成的纳米ZnO为六方晶系结构，同时对纳米ZnO光催化材料未来的发展趋势进行了展望。

关键词：纳米氧化锌；水热法；合成；表征

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.196

0 引言

作为一种新的宽禁带半导体材料，在室温下ZnO具有较大的禁带宽度，禁带宽度为3.37 eV，具备较高的激子束缚能（60 meV），具有来源丰富、价格低廉、热稳定性高和化学稳定性好等优点[1]。纳米ZnO因其体积很小（粒径在1～100 nm）、比表面积大，所以具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等特点，比普通ZnO表现出更优良的性质，如优异的电、磁、光、力学和化学等宏观特性，使其在污水处理、传感器、在太阳能电池、光电材料等领域具有广阔的应用前景[2-3]。目前，合成纳米ZnO的方法有很多种，主要包括化学沉淀法，水热合成法，溶胶-凝胶法，均匀沉淀法，固相合成法，微乳液法等，每种方法都具有各自的优点和缺点[4]。本论文采用简单水热合成法制备了纳米ZnO光催化材料，对其反应条件进行了深入探讨并对其结构进行了表征，同时对其未来的发展趋势进行了展望。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

仪器：高压反应釜（上海禾汽玻璃仪器有限公司），85-2磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司），DHJ-9070A型电热恒温干燥箱（杭州汇尔仪器设备有限公司），SC-04型低速离心机（安徽中科中佳科学仪器有限公司）。试剂：乙酸锌（Zn（Ac）2·2H2O，AR，上海阿拉丁生化科技股份有限公司），六亚甲基四胺 （C6H16N4，AR，上海阿拉丁生化科技股份有限公司），十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，AR，上海阿拉丁生化科技股份有限公司），水为二次蒸馏水。

1.2 实验方法

（1）样品的制备。称取2.2 g乙酸锌和1.5 g CTAB置于100 mL的烧杯中，加入30 mL蒸馏水，剧烈搅拌，形成溶液A。称取1.4 g六亚甲基四胺于100 mL烧杯中，加入20 mL蒸馏水和2 mL 30 %的过氧化氢，搅拌全溶形成溶液B。把溶液B在搅拌下逐滴加入A溶液中，滴毕，移至100 mL的高压反应釜中，在180 ℃下反应6 h，冷却至室温，依次使用蒸馏水和无水乙醇洗涤至中性，然后在80 ℃下干燥4 h，500 ℃条件下煅烧2 h，研磨即得白色纳米ZnO样品。改变反应时间和温度，重复上述实验操作，寻找最佳反应条件。

（2）样品的表征。用北京普析通用仪器有限责任公司生产的XD-6多晶X射线粉末衍射仪对样品进行物相分析；用Nicolet公司NICOLET6700型傅立叶变换红外光谱仪对样品进行定性分析；用荷兰FEI公司生产的FEI Quanta 200扫描电子显微镜对样品进行微观形貌观察。

2 结果与讨论

2.1 X射线衍射（XRD）物相分析

图1a和图1b中分别为在不同反应时间和不同反应温度下样品的X射线粉末衍射图。由图1a可以看出，在180 ℃反应条件下，反应时间分别为6 h、12 h和24 h时，衍射峰几乎是重叠的，说明反应时间对纳米ZnO的晶型结构的影响不大，因此，我们选择最佳反应时间为6 h。固定反应时间为6 h，考察不同反应温度对纳米ZnO的晶型结构的影响。由图1b可以看出，反应温度为120 ℃时的衍射峰最强，我们选择制备纳米ZnO的最佳反反应温度为120 ℃。因此，最佳反应条件为：反应时间为6 h，反应温度为120 ℃。从XRD测试得到的数据可知，ZnO样品在（100）、（002）、（101）、（102）、（110）、（103）等晶面出现的衍射峰与标准卡片JCPDS36-1451对应一致，表明水热处理后的ZnO样品为六方晶型铅锌矿结构，衍射峰较尖锐，无杂质峰，说明制备的样品结晶度很好，纯度较高。

2.2 傅立叶-红外（FT-IR）光谱分析

红外光谱是对物质进行定性分析的一种主要方法。图2中（a）和（b）分别表示纳米ZnO煅烧前后的傅立叶-红外图谱。由图2可知，煅烧后的谱图杂峰比烧前的少很多，说明煅烧去除了很多杂质。波数3400 cm-1为纳米氧化锌表面水的羟基峰形成的伸缩振动，1600～1700 cm-1左右出现的吸收峰是水中的-OH基弯曲振动吸收峰，485 cm-1左右峰为氧化锌的特征吸收峰，证明水热过程得到了纳米ZnO[5]。图中没有-CH3、-CH2、-C=O等基团的伸缩振动峰出现，表明样品纯度较高。

2.3 扫描电镜（SEM）分析

从图3扫描电镜图可以看出，纳米ZnO整体呈现片状结构，片状单元之间结合紧密，排列均匀，发育较完全，粒径尺寸不一，大概为几十到几百纳米不等，无明显团聚现象。

3 结语

本文以乙酸锌和六亚甲基四胺为反应物，利用简单水热法合成了纳米氧化锌，并研究了在不同时间和不同温度下反应所得纳米氧化锌的各项谱图，得出制备纳米氧化锌的最佳反应条件为在120 ℃下反应6 h。目前，虽然合成纳米氧化锌的方法有很多，但大部分方法还处于实验室理论研究阶段，对其反应条件，形貌控制以及生产实用性等方面还需要深入研究，距离工业化应用还有一定距离，如其制备技术还不完善，形成机理、掺杂机理、光催化机理以及应用性能还应进行系统研究。不过相信经过科学研究者的不懈努力，纳米氧化锌的发展会

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更好，将会在诸多方面有更广泛的应用前景。

参考文献：

[1]苏照伟，方莹，李镇等.纳米ZnO掺杂及性能研究新进展[J]. 化工新型材料，2014，42（01）：172-174.

[2]宋宇涵.纳米氧化锌的制备方法及其光催化性能[J].煤炭与化工，2014，37（11）：13-16.

[3]鲍艳，张永辉，马建中等.一维纳米氧化锌的制备及应用研究进展[J].材料工程，2015，43（02）：103-112.

[4]王鉴，孟庆明，张健伟.纳米ZnO的制备研究现状[J].化工新型材料，2015，43（07）：236-238.

[5]才红.铁掺杂氧化锌制备及对有机染料的光催化降解[J].无机盐工业，2014，46（12）：71-74.

基金项目：周口师范学院大学生科研创新基金项目（zknuD201697）；周口师范学院化学化工学院实验室开放项目（HXK201607）；周口师范学院化学化工学院大学生科研创新基金项目（HYDC2016004）。

*为通讯作者。