纳米氧化锌复合材料的制备及结构表征

实验报告

纳米氧化锌复合材料的制备及结构表

学 号：姓 名：专 业：指导教师：征

2019年6月13日

一、实验目的

1、掌握纳米氧化锌材料的制备过程。

2、熟悉实验流程，并对实验材料结果进行分析。

二、实验原理

近年来，关于纳米材料形貌研究引起了材料学领域的广泛关注。由于粒子的尺寸和形貌对纳米材料的性能有很大影响，具备不同形貌的同种纳米材料往往表现出不同的物理化学性质。Huynh等研究表明纳米级球形颗粒的物理性能与对应的大尺寸球形颗粒的物理性能不同，材料的性能受其粒径尺寸的影响。Mock等制备了具有不同形貌的胶体银，发现在等离子体共振中，球形、三角形、五角星形的胶体银分别表现出蓝色、红色和绿色。

ZnO纳米材料因其独特的性质而受到广大学者的亲赖。其窄禁带宽度使其具有良好的半导体性能和光学性能。ZnO是一种性能优异的半导体材料，自然界中蕴藏丰富，且具有化学性质稳定、无毒、易于制备等优点。

在过去的几年里，通过控制晶体成核生长，添加各种模板剂、表面活性剂、添加剂等方法制备出了具有不同形貌结构的ZnO纳米材料，并对其所具有的特殊物理化学性能进行了研究。Xu等采用多相溶解外加配位辅助的方法合成了具有多孔球形的Cu2O单晶。Li等采用聚苯乙烯为模板剂，通过电化学沉积的方法，成功制备了三维有序的大孔Cu2O纳米材料。Chang等通过水热法，无模板剂辅助，还原CuO纳米晶体材料自组装合成了具有纳米球形和纳米空心立方体形貌的Cu2O纳米材料。He等通过R辐照辛基苯基醚、聚乙二醇水油微乳液，合成了八面体Cu2O纳米材料，其晶粒尺寸约为45-95nm。

三、实验流程：

将称取的CuSO4·5H2O颗粒溶在50 ml去离子水中并在室温下搅拌10 min，当溶液呈现均匀的蓝色透明时向其中加入ZnO粉末，在连续混合10 min后，通过超声处理20 min将悬浮液中的Cu2+完全附着在粒子ZnO表面，然后在搅拌的同时将温度升至70℃并保温15 min，逐滴滴加N2H4·H2O后持续反应60 min，

使Cu2+变为Cu2O，最后将得到的悬浮液自然冷却至室温，并用去离子水和无水乙醇各洗涤离心五次。再将其置于60℃的干燥箱中12 h得到样品Cu2O/ZnO。

四、实验结果

(100)(100)(002)(101)(111) Cu2O  ZnO(110)(220)(103)Intensity (a.u.)20%13.3%10%8%6.7%ZnO(311)(202)(200)(112)(201)(004)(200)(102)203040506070

2(degree)

图1 ZnO和不同Cu/ZnO摩尔比制备的Cu2O/ZnO复合材料的XRD图

不同反应时间下所制备的Cu2O样品的XRD图谱。由图1-1可以看出，在衍射角2θ为29.65°、36.58°、42.53°、61.65°和73.81°处出现了五个衍射峰，与PDF标准卡片（JCPDS no. 65-3288）对照可知，它们分别与Cu2O的（110）、（111）、（200）、（220）及（311）晶面相对应，且其中并没有出现其他的峰，由此得以证明不同反应时间下所制备样品均为纯Cu2O。同理，ZnO的样品也为纯品。

CuZnElementZnWeigh（%）71.56.322.2Intensity(a.u.)CuOOAuAuCuZnZn123456710Binding energy(keV)图2 样品M3的EDS图谱

10080604020001530 M1 M2 M3 M4 M5 ZnO Degradation rate of MB(%)

456075Irradiation time (min)

图4 样品ZnO和M1-M5在可见光下对MB溶液的降解效率曲线

不同反应时间下制备的Cu2O样品在可见光照射下对MO的光催化降解效率对比曲线。从图中可以看出，随着样品制备过程中反应时间依次由30min、45min、60min、75min增加到90min时，制得的Cu2O微纳米材料在可见光照射60min后对MO降解效率分别可达62.1%、74.4%、92.5%、79.3%及82.4%，总体呈先升高再降低的趋势。其中，反应时间为60min时制备的Cu2O样品在可见光下对

MO的催化降解效率最高。可以看出，与反应时间为30min及45min下制备的Cu2O样品相比，反应时间为60min时制备的Cu2O微纳米颗粒呈尺寸均匀、形貌规则的球形，因此，暴露出的表面活性位点较多，有利于光催化反应的进行。而当反应时间延长到75min及90min时，由于发生了Cu2O微纳米颗粒的溶解与重结晶，使得颗粒粒径分布变宽，粗化的颗粒与之前的较小颗粒相比，与MO的接触面积减小，而一些重结晶的小颗粒出现团聚现象，使得光催化活性下降。