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氧化锌纳米材料的制备、性能、表征及应用综述杨波（专业：无机非金属材料工程班级：化材1101 学号201144049）摘要：纳米材料以其独特的结构与性能受到世人广泛的关注；本文简要介绍了纳米氧化锌材料的最新制备方法、分析表征方法、主要性质、应用、生物毒性、未来研究方向及展望。
关键词：纳米材料；氧化锌；制备；生物毒性；研究方向1、前言纳米Zn0 是一种新型高功能精细无机产品，与普通ZnO 相比，因其特有的表面效应、体积效应、量子效应和介电限域效应等，在催化、光学、磁性和力学等方面展现出许多特异功能，特别是它的防紫外辐射及其在紫外区对有机物的催化降解作用，使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等很多领域具有重要的应用ZnO 有纳米管、纳米棒、纳米丝和纳米同轴电缆、纳米带、纳米环、纳米笼、纳米螺旋及其超晶格结构等多种纳米形态，是纳米材料家族中结构最多样的成员之一。
本文主要评述了近年来氧化锌纳米材料制备的一些新方法，比较了各种方法的优缺点；介绍了氧化锌纳米材料的性质及其可能的应用领域，并对氧化锌纳米材料的发展前景进行了展望。
2、氧化锌纳米材料制备的新方法对纳米材料的研究首先是侧重于制备方法的研究，随着研究的不断深入，近年来,人们已开发了一系列制备氧化锌纳米材料的新方法,如微波法、静电纺丝法、离子液体法、脉冲激光烧蚀沉积法、频磁控溅射法、等，下面将对其一一介绍。
2.1、静电纺丝法静电纺丝是一种制备纳米纤维的技术, 这种方法可以十分经济地制得直径为纳米级的连续不断的纤维。
近年来，由于对纳米科技研究的迅速升温，静电纺丝这种可大规模制备纳米尺寸纤维的纺丝技术激起了人们的广泛兴趣。
典型的静电纺丝装置见图1，装置一般由三个部分组成：高压直流或交流电源、电纺丝喷嘴、接收电极。
聚合物溶液或熔体与高压电源通过导线相连, 接收板接地，当高压电施加于聚合物溶液或熔体时，位于针头顶端的液滴表面强电场作用下，将带有大量的诱导电荷，液滴在其表面电荷的排斥力和外部电场的库仑作用力下，变形成泰勒锥状，当电场强度达到某一临界值时，静电力将克服溶液的表面张力，液体流将从泰勒锥顶端喷射而出，在射流运动一段距离后，裂分为许多小的聚合物流。
ZnS-石墨烯纳米复合材料:合成特性和光学特性摘要ZnS-石墨烯纳米复合材料是由一个简单一步水热方法使用六水合硝酸锌、乙二胺和二硫化碳为前体,石墨烯氧化物作为模板。
复合特征,x射线衍射,x射线光电子能谱、透射电子显微镜、傅里叶变换红外、拉曼光谱和荧光光谱。
结果表明,氧化石墨烯是石墨烯的热液减少的反应过程。
同时,石墨烯外表的剥落,与硫化锌纳米粒子复合。
此外,通过拉曼光谱和荧光性能的综合观察。
ZnS-石墨烯为氧化石墨烯纳米复合材料显示表面增强拉曼散射活性,和荧光增强属性较纯的硫化锌示例。
1.摘要半导体纳米粒子是一个广泛感兴趣的话题,因为他们的光催化等广泛应用,光学增敏剂、新型生物分子应用,量子设备等[1-6]。
锌硫化锌矿),作为一种重要的族化合物半导体与广泛的直接带隙(3.7 eV),用于LED为[7],非线性光学设备为[8]。
有各种方法合成纳米硫化锌粒子,包括单一分子前体[9]和[10],[11]为微乳液,熔热剂法为[12]和[13],[14]为直接元素反应路线。
一般来说,为了避免硫化锌纳米粒子聚集,合成聚合物微凝胶[15],介孔硅酸盐材料[16]和其他有机/表面活性剂稳定剂采用稳定或支持材料保持纳米范围硫化锌的大小,如钠bis(2-乙基己基磺基琥珀酸酯[17],半胱氨酸,巯基乙醇[18],和十六烷基[19-21]。
与此同时,ZnS-基于纳米复合材料包含CdZnS-PCV(PCV:聚合氢化cetyl-p-vinylben-zyldimethylammonium)[22], 据报道(CdSe)ZnS-(NBPBD)300(NBP)20(NBPBD:2-[4-(5-norbornenylmethoxy-carbonyl)biphenyl -4-yl]-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole; NBP: 5-norbornene-2-yl-CH2O(CH2)5P(oct)2) [23] .石墨烯,作为一颗冉冉升起的新星,展示优秀的机械、热、光、电性质,使它有支持无机纳米粒子的分散与稳定的前途。
ZnO纳米材料的合成与应用研究概述：ZnO纳米材料作为一种具有广泛应用前景的半导体材料，其合成与应用研究一直备受关注。
本文旨在探讨ZnO纳米材料的合成方法以及其在各个领域的应用，从而深入了解其在科学研究和工业应用中的潜力。
一、ZnO纳米材料的合成方法1. 水热法合成水热法是一种常用的制备ZnO纳米材料的方法。
它通过调节反应条件和反应时间，可以获得具有不同形貌和尺寸的ZnO纳米颗粒。
水热法合成ZnO纳米材料具有简单、低成本、可扩展性强等优点，因此受到了广泛关注。
2. 溶胶-凝胶法合成溶胶-凝胶法是一种通过溶胶中的化学反应和胶体形成过程制备纳米材料的方法。
在ZnO纳米材料的合成中，可以通过溶胶-凝胶法控制反应条件，如温度、浓度和PH值等，以实现获得具有不同形貌和尺寸的纳米颗粒。
3. 气相法合成气相法是制备ZnO纳米材料的一种常用方法。
它通过将金属有机化合物或金属化合物加热到高温，然后通过氧化反应生成ZnO纳米颗粒。
气相法合成的ZnO纳米材料具有高纯度、高晶度和尺寸可控性好等特点。
二、ZnO纳米材料在光电子领域的应用1. 光催化应用ZnO纳米材料具有优异的光催化性能，可以利用其吸收紫外光的特性来分解有害有机物和杀灭细菌。
因此，ZnO纳米材料被广泛应用于光催化净化空气、水处理和消毒等领域。
2. 光电器件应用由于ZnO纳米材料的特殊电学性质和优异的光电性能，它在光电器件领域具有广泛应用潜力。
例如，ZnO纳米材料可以用于制备光电传感器、光电调制器、太阳能电池等。
三、ZnO纳米材料在生物医学领域的应用1. 抗菌材料ZnO纳米材料具有较高的抗菌性能，可以通过抑制细菌的生长来达到消毒和杀菌的目的。
因此，在生物医学领域，ZnO纳米材料被广泛应用于医疗设备、外科用品和医疗纺织品等。
2. 肿瘤治疗由于ZnO纳米材料的优异光学性质，在肿瘤治疗中可以利用其光热效应。
将ZnO纳米材料注入肿瘤组织，并利用红外激光的吸收来使其产生局部高温，从而实现对肿瘤的治疗。
第4期2006年12月 常州轻工职业技术学院学报Changzhou Instit ute of Light Indust ry Technoloy纳米氧化铈/锌复合材料制备及其性能研究王 乾(江苏常州轻工职业技术学院 江苏常州 213164) 〔摘 要〕:采用高能球磨法制备了纳米CeO2/Zn复合粉末,用粉末冶金真空热压烧结制备了纳米CeO2/Zn复合材料块体,利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)等测试分析手段,对复合粉末、块体组织结构进行了研究。
并研究比较了不同纳米CeO2含量的锌复合材料的耐蚀性和硬度,找出了耐蚀性和硬度最好时CeO2的最佳含量范围。
结果表明,纳米CeO2颗粒的加入能显著提高金属的耐蚀性、硬度和金属结构的致密均匀性。
并于纳米CeO2含量在1%时显示了最佳的耐蚀性、硬度和微观组织结构。
〔关键词〕:高能球磨 纳米氧化铈 耐蚀性 硬度Study on Preparation and Properties of N ano-CeO2/Z n CompositesW ang Q ian(Changzhou Instit ute of Light Indust ry technology Changzhou Jiangsu 213164) 〔Abst ract〕:The nanocompo site powders and nanocomposite materials of CeO2/Zn was prepared by high energy ball milling and vacuum hot p ressed calcinations of powder metalurgy,respectively. The micro st ruct ure was investigated by XRD and FESEM.The comparison of t heir corrosion resist2 ance and hardness in different amount of nano-CeO2was performed,and t he optimal amount of nano -CeO2was found.The result s show t hat metal corrosion resistance,hardness and t he density of met2 al st ruct ure can be imp roved significantly in p resence of metal wit hin nano-CeO2,and t he optimal corro sion resistance,hardness and micro st ruct ure was found in1%amount of nano-CeO2. 〔Key words〕:high energy ball milling nano-CeO2 corrosion resistance hardness 近年来,伴随着冷轧带钢的飞速发展,热镀锌镀层获得了大规模的应用。
三维微纳米ZnO超结构材料的制备、表征及太阳能
电池应用研究中期报告
本研究旨在制备具有高效能的三维微纳米ZnO超结构材料，用于太
阳能电池的应用。
主要研究工作包括材料合成、结构表征和太阳能电池
性能测试。
1. 材料合成
本研究采用射频磁控溅射法制备三维微纳米ZnO超结构材料。
通过
调节溅射功率和工作气压，得到了不同形貌和尺寸的ZnO微纳米结构。
在制备过程中，还添加了控制界面氧化的表面活性剂，以获得良好的结
晶性和光电性能。
2. 结构表征
通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段对材料的形貌和结构
进行了表征。
结果表明，所制备的ZnO微纳米结构具有三维立体网络结构，具有较高的比表面积和孔隙率。
同时，光致发光和X射线光电子能
谱表明，所制备的ZnO微纳米结构具有优良的光电性能和良好的结晶性。
3. 太阳能电池性能测试
采用I-V测试仪对所制备的ZnO微纳米结构太阳能电池进行了性能
测试。
实验结果表明，所制备的三维微纳米ZnO超结构材料太阳能电池
具有较高的光电转换效率和较好的稳定性。
总之，本研究成功地制备了具有优良性能的三维微纳米ZnO超结构
材料，为太阳能电池的应用提供了良好的材料基础。
未来研究需要进一
步优化材料合成和结构设计，以进一步提高太阳能电池的性能。
纳米ZnO复合光催化剂的制备及光催化性能作者：余宜武来源：《北方环境》2013年第09期摘要：本文采用离子交换法制备纳米ZnO/云母复合材料。
用制备的纳米ZnO/云母复合材料在紫外灯下光催化降解甲基橙溶液。
实验过程中采用重铬酸钾法测定催化过程前后甲基橙的COD值，通过UV检测确定以该纳米复合材料为催化剂，在不同条件下对甲基橙的光催化降解率。
结果表明：甲基橙溶液在pH值在5左右时，光催化降解率最高，H2O2浓度为0.9g/L 时，光催化率可达100%，且光催化降解率随纳米复合材料用量增加而增大，以及比较对去离子水和井水配制甲基橙溶液光催化性能。
关键词：离子交换；纳米ZnO/云母复合材料；光催化降解；甲基橙中图分类号：文献标识码：A文章编号1007-0370（2013）09-0127-05前言光催化降解是20世纪80年代兴起的一种新型环境污染处理方法，具有节能、高效、污染物彻底降解的优点[1-4]。
纳米ZnO因兼有半导体光催化剂的光电效应和纳米材料的量子效应且制备成本较低而备受人们关注。
本论文珠光颜料是以云母为基质，在其表面包覆一层高折射率的TiO2等金属氧化物薄膜复合而成。
纳米ZnO/云母复合材料是采用具有优良介电和耐酸碱等性能的片状云母为载体。
本实验采用自制纳米ZnO/云母复合材料作为光催化剂降解甲基橙，研究了纳米ZnO/云母复合材料用量；去离子水和井水配制的甲基橙溶液；甲基橙溶液的pH值；H2O2浓度等因素对纳米ZnO/云母复合材料光催化性能的影响以及为纳米ZnO/云母复合材料的应用提供实验和理论依据。
试验1.1纳米ZnO/云母复合材料的制备1.1.1离子交换的基本原理离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。
如在含有SO42-的水溶液，通过ROH型离子交换树脂（除了离子交换树脂中交换基团以外的部分，都用符号R表示）时，发生的交换反应为：2ROH+SO42-→R2SO4+2OH-由于上述反应过程不断消耗ROH型树脂，并使它转化为R2SO4型树脂，造成树脂的交换能力减弱，直至失去交换能力。
纳米ZnO多孔材料的制备及其光学性质的研究纳米ZnO多孔材料的制备及其光学性质的研究引言纳米材料作为一类具有特殊结构和性质的材料，近年来受到了广泛关注。
纳米材料的制备方法众多，其中纳米ZnO多孔材料因其优异的光学性质，备受研究者的青睐。
本文主要对纳米ZnO多孔材料的制备方法及其光学性质进行了综述和分析。
纳米ZnO多孔材料的制备方法纳米ZnO多孔材料的制备方法因其结构特点的需要而不同。
目前常见的制备方法主要有几种：溶胶-凝胶法、气相沉积法、水热法等。
溶胶-凝胶法是将溶液中的Zn源加入到混合溶液中，形成溶胶，再将溶胶经由加热和脱水过程得到凝胶。
凝胶会再经由煅烧，形成多孔ZnO材料。
这种方法可以根据需求控制凝胶形成的速率和温度，得到不同孔结构的材料。
气相沉积法是指在一定的气氛下，通过将气体中的Zn源转变成蒸汽等方式，将其将其转移到基底表面沉积形成多孔ZnO材料。
这种方法具有高纯度、高晶质和规模化生产等优点。
水热法是利用高压合成器中的高温高压水介质，将合成所需晶种和反应物置于高温高压水箱中，通过水热反应合成纳米ZnO多孔材料。
水热法制备的多孔材料具有晶型可控性强、形貌可调性好等优点。
纳米ZnO多孔材料的光学性质研究纳米ZnO多孔材料在光学性质研究上表现出了许多特殊的性质，如荧光性质、吸光性质和光催化性质等。
首先，纳米ZnO多孔材料在荧光性质方面具有较强的发射和吸收特性。
纳米ZnO多孔材料由于其特殊的孔结构和大小效应，导致其光子峰位置具有明显的红移现象。
这种红移现象会进一步影响其吸收能力和发射光谱。
因此，合理调控纳米ZnO多孔材料的孔结构和孔径大小，对其荧光性质研究具有重要意义。
其次，纳米ZnO多孔材料表现出的吸光性能也备受关注。
纳米ZnO多孔材料的孔结构导致了其对光的吸收增强，进而影响了其吸收能力。
潜在应用领域包括太阳能电池、光电传感器等。
最后，纳米ZnO多孔材料具有较好的光催化性能。
纳米ZnO多孔材料具有大比表面积和特殊的孔结构，能够提供更多的吸附和反应位点，从而提高光催化反应速率。
第 11卷第 2期 2005年 5月电化学ELECTROCHEMISTRYVol. 11 No. 2May 2005文章编号:1006-3471(2005 02-0152-05收稿日期:2004-11-02, *通讯联系人 Tel :(86-592 2185905, E-mail :qfdong@xmu. edu. cn 973项目 (2002CB211800 , 国家自然科学基金 (20373058 , 福建省科技项目(2003H044 资助碳纳米管复合材料的制备、表征和电化学性能董全峰 *, 郑明森, 黄镇财, 金明钢, 詹亚丁, 林祖赓(厦门大学化学系, 厦大宝龙电池研究所, 固体表面物理化学国家重点实验室, 福建厦门 361005摘要: 作为锂离子电池负极材料, 碳纳米管和金属锡或其氧化物都曾引起过人们浓厚的兴趣, 但由于其自身的缺陷, 这些材料均未能得到进一步的发展 . 本文以不同方法合成了碳纳米管和金属锡或其氧化物的复合材料, 对其结构、形貌进行表征, 并考察它的电化学性能 .关键词: 碳纳米管; 复合材料; 制备; 电化学性能中图分类号: O 646; TM911 文献标识码:A 碳纳米管 (CNT 是一种新型的碳材料 [1, 2]. 碳纳米管在结构上与其它的碳材料有很大的不同, 它不仅具有典型石墨层状结构(管壁 , 同时又具有无序碳的结构 (内外表面的碳层及所附着的无序碳微粒 , 还具有与 MCMB 类似的内腔结构, 而且表面及边缘又存在结构缺陷, 管与管之间为纳米间隙, 管中还存在部分的 H 原子掺杂 . 在制备上, 碳纳米管可以通过控制一定的反应条件来调控它的几何结构参数, 如管的管壁, 外径、内径大小, 及管的长度 . 基于其特殊的结构和高的导电率, 吸引了众多研究者开展了大量研究工作, 希望它能成为新一代锂离子电池“理想” 的负极材料 [3, 4].由于碳纳米管的高比表面及其结构缺陷, 锂不仅能嵌入管中的石墨层, 还能嵌入它的孔隙及边缘缺陷中, 使得它尽管具有高的嵌锂容量, 但由于比表面积较大而表现出很大的不可逆容量 . 又因为在碳纳米管的结构中含有氢原子以及管壁层间和管腔之内有间隙碳原子的存在 [5], 故其嵌锂容量出现较大的滞后现象 . 这些都限制了 CNT 作为电极活性材料在实际中的应用, 所见者只是被用作电极添加剂的报道 . 本文综合了碳纳米管和锡基材料的优点, 规避其本身固有的缺陷, 在碳纳米管的表面沉积 /包覆锡或氧化锡形成 CNT 复合材料, 这样不仅可减少碳纳米管的比表面积, 同时直接采用金属锡取代锡基氧化物, 不存在氧化物的还原过程, 从而大大降低初次充电不可逆容量损失; 通过控制反应条件在表面沉积过程中包覆纳米级的锡, 使表面沉积 /包覆锡的碳纳米管能在保持高容量的同时, 也具有良好的循环寿命 . 此外, 还提高了它的体积能量密度 .1 实验1. 1 碳纳米管的制备应用 Sol-gel 法制备 Ni-Mg-O 催化剂, 方法见文献 [6], 所用试剂 Ni (NO 3 2・6H 2O 、 Mg (NO 3 2・ 6H 2O 和柠檬酸均为分析纯 (上海化学试剂有限公司 . 将制备好的催化剂称取一定量置于陶瓷舟内, 放在反应器的恒温区内, 于氢气氛下缓慢升温至 700℃ ,还原一段时间后, 降温到 600℃稳定 10min , 然后以 20mL /min 的流量导入 CH 4气体, 经反应一定时间后自然冷却至室温 (冷却过程中继续通气体. 用分析纯硝酸 (上海化学试剂有限公司, AR 65% 处理反应后的样品, 洗涤、烘干后即得到碳纳米管 . 反应装置是在一个水平放置的管式电炉内放一内径为5cm 的石英管 (长 140cm , 其恒温区为 20cm , 电炉为 SK-2-4-12型管式电阻炉 (上海实验电炉厂 , 额定功率 4kW , 额定温度 1200℃ , 控温装置为 A1-708PA 型程序控温仪 (厦门宇光电子技术研究所 , 流量计为 D08-4C /ZM 质量流量控制仪 (北京建中机器厂 .1. 2 SnO2、 Sn 包覆的碳纳米管制备1 称取 0. 02mol 的柠檬酸和 0. 015mol 的SnCl 2 ・ H2O , 溶于 50mL 蒸馏水中搅拌 0. 5h 使之混合均匀;2 称量由 CH4裂解制备的碳纳米管 3g , 加到上述的混合溶液中, 继续搅拌 3h.3 加入 0. 015mol 的乙二醇, 边搅拌边加热, 直至形成干凝胶 .4 干凝胶先经 120℃真空干燥, 然后转移到马福炉 300℃下煅烧 4h.5 将于凝胶煅烧后的产物, 即 SnO2包覆碳纳米管于氢气气氛下, 600℃还原 6h. 然后自然降到室温得 Sn 包覆的碳纳米管 .如直接用 KBH4还原法制备 Sn 包覆的 CNT 复合材料则首先将 SnCl 2 ・ H2O 溶于乙醇, 再加入经过硝酸 120℃氧化处理的碳纳米管, 不断搅拌, 使碳纳米管充分渗透, 然后, 将稀的 KBH4(pH =11 溶液慢慢滴加到不断搅拌的上述溶液, 使 Sn 缓慢沉淀在碳纳米管上, 待反应完成后将沉淀过滤、洗净, 于 120℃真空烘干即可 .1. 3 电极制作及电池装配按活性物质 :粘结剂 :乙炔黑 =8:1:1的比例配制电极浆料 . 剪取直径约为 1.6cm 、厚度约为 40µm 的铜片, 经粗糙化处理后, 在丙酮溶液中经超声波清洗掉表面上的油脂, 再用三次蒸馏水清洗 . 将活性材料浆料均匀地涂布在处理过的铜片上, 置于真空干燥箱中 120℃干燥 12h 后, 准确称重 . 用干净的玻璃纸将处理后的铜片包住, 放在两个平整、刚性、干净的不锈钢模具中, 在粉末压力机中以 10MPa 加压成型, 即得电极极片 .将电极、 2025扣子和其它所需工具放在真空干燥箱中, 120℃烘 4h 除去水分, 然后迅速地转移到手套箱中, 在 <1×10-6水分、 <4×10-6氧气的条件下装配电池 . 以锂片为对电极, Celgard2400聚丙烯复合膜作隔膜, 由微量注射器加入适量的 1 mol /L-LiPF6/EC +DMC +EMC (体积比 1:1:1 的电解液后, 封口 .使用充放电测试仪 (5V , 5mA (深圳新威实业有限公司 , 以恒电流方式作电池充放电测试, 充放电的电位区间视材料不同而定 (具体见充放电图形说明 , 充放电速率为 40mA /g.1. 4 结构及表面形貌表征所用粉末 XRD 仪为日本 Rigaku Rotaflex D / max-C 多晶转靶 XRD 系统, 石墨单色器, Cu 靶, λ(Cu Kα=0. 15406nm , 以 6º/min 在 10º~90º之间扫描 . SEM 测试仪器为 S-520扫描电子显微镜 (日本日立 .2结果和讨论图 1 CNT (a , CNT /SnO2复合材料 (b 和 CNT /Sn 复合材料 (c 的 TEM 图Fig. 1 TEM image of the CNT (a , CNT /SnO 2 composites (b and CNT /Sn composites (c2. 1 CNT 复合材料的结构与形貌图 1分别给出碳纳米管 (a 、沉积 SnO2的 CNT(b 及将 SnO2还原成 Sn 的 CNT (c 的透射电镜 (TEM 照片 . 如图可见, 碳纳米管表面沉积了一些Sn 或 SnO2颗粒, 而且颗粒很小, 大约为 20~30 nm , 颗粒在碳纳米管上的分散性很好, 颗粒与颗粒间有距离, 但对 CNT /SnO2复合材料, 其 SnO 2颗粒分散较不均匀, 而且有较多的颗粒, 零散分布在CNT 之外, 说明经过高温 H2还原后 Sn 与 CNT 结合得更好, 从而预料将有更佳的循环性能 . 图 2显示, Sn /CNT 或 SnO2/CNT 样品的 XRD 谱线相对于纯碳纳米管的出现了新的衍射峰, 对照标准卡片, 证实该样品分别生成了 Sn 和 SnO2, 而且在 Sn /CNT 的样品中还有一些锡的氧化物存在, 又对Sn /CNT 及 SnO2/CNT 复合材料, 其碳的特征峰强度均比纯碳纳米管的弱得多 . 此外, 对经过 H2还原・ 3 5 1・第 2期董全峰等:碳纳米管复合材料的制备、表征和电化学性能度增加.1循环不可逆容量损失都比 CNT 的小, CNT 样品不可逆容量损失达 72%, 而SnO2-CNT 及 Sn-CNT 样品的不可逆容量损失分别为 53. 3%和 61. 8%.但作者认为这主要并非 CNT 的不可逆容量损失降低, 而是因为在 CNT 表面沉积了比容量高的 SnO 2或 Sn , 测试时不论 CNT 的不可逆容量变化如何, 结果总会使 SnO2-CNT 和 Sn-CNT 的不可逆容量损失变小 .2. 3 两种方法合成的 Sn 包覆 CNT复合材料性能比较实验表明:用 KBH4直接还原法和用 Sol -gel 法制备再经氢气还原合成的 Sn /CNT 复合材料, 其第1循环不可逆容量都很大, 并没有因为 CNT 表面被锡包覆而减少, 一个原因是沉积在 CNT 表面的 Sn 虽在第 1循环充放电过程中会有不可逆容量损失, 但相对碳纳米管而言却还是比较小的, 纯 Sn 电极第 1循环的充、放电容量各为 880mAh /g 和720mAh /g , 其可逆容量达到 160mAh /g [9], 就复合材料而言, 导致不可逆容量的产生依然是碳纳米管表面发生电解质的分解以及生成 SEI 层 . 对此, 本文提出如下设想:对 Sn /CNT 复合材料中, 在第 1循环充电过程中, 其表面可能形成如下结构, 即(SEI A /LixSny/(SEIB/CNT , 其中 (SEIA为 Sn 表面生成的 SEI 层, (SEIB为 CNT 表面生成的 SEI 层, 即使是在覆盖有 Sn 的 CNT 表面上, 电解质还是会渗透到 CNT 的表面, 这就不可避免地还要在它的表面生成 SEI 层, 因而复合材料的第 1循环不可逆容量并没有因为 Sn 的沉积而减少, 反而是增加了, 表观上总的不可逆容量百分比的降低只是由于沉积的 Sn 将材料的可逆容量提高了的缘故 . 上述两种方法合成的复合材料都具有较好的循环性能, 两者充电电压相差不大, 但放电电压却有不同 . 由于复合材料的放电电位是两种材料共同作用的结果, 所以直接用 KBH4还原的样品, 其放电电位受 Sn 的影响要多些, 即如图 5所示, 该样品放电电位较高, 靠近 Sn 的放电电压, 而由溶胶 -凝胶法合成 CNT-SnO 2 , 再经 H2还原而得的 Sn-CNT复合材料, 其放电电位就比较低些 .3 结论用碳纳米管或金属锡作为锂离子电池的负极材料都有其自身的优缺点 . 碳纳米管的比容量较低, 但循环性能却很好, 金属锡的嵌锂容量很高,但nanotube [J ]. Electrochemistry (in Chinese , 2002, 8:381~387.[5] Chen Ping (陈萍 , Zhang H B (张鸿斌 , Lin G D (林国栋 , et al.The transition metal catalyst and themethod for preparing CNT [P ]. China Pat :Appl. No 96110252. 7, 1996.[6] Wang C S , Wu G T , Zhang X B , et al. Lithium inser-tion in carbon-silicon composite materials produced by mechanical milling [J ]. J. Electrochem. Soc. , 1998, 145:2751.[7] Wu Sheng-Hui (吴升辉 . Relation between configura-tion of carbon nanotube and performance of lithium in-tercalation [D ].Xiamen :Xiamen Univ. , 2000.[8] Li Hong , Wang Qing , Shi Lihong , et al. NanosizedSnSb alloy pinning on hard non-graphitic carbon spher-ules as anode materials for a Li ion battery [J ]. Chem. Mater , 2002, 14:103~108.[9] Kim D G , Kim H , Sohn H J , et al. Nanasized Sn-Cu-B alloy anode prepared by chemical reduction for sec-ondary lithium batteries [J ]. J. Power Sources , 2002,104:221~225.The Synthesis , Characteristics and Performance ofCNT Composites as Anodic Materials in Litium-ion BatteryDONG Quan-feng *, ZHENG Ming-sen , HUANG Zhen-cai ,JIN Ming-gang , ZHAN Ya-ding , LIN Zu-geng(State Key Lab for Physical Chemistry of Solid Surface , Xiamen Univ. , PowerLong Battery Institute ,Department of Chemistry , Xiamen University , Xiamen 361005, ChinaAbstract :As ananodic material for lithium ion battery the carbon nano-tube (CNT and some compoundsbased on tin have ever been investigated intensively. The fruited progress has not been made yet , however. In this paper the composites of CNT and Sn /SnO 2were synthesized employing two methods and characterized by SEM and XRD. And the electrochemical performance of the composites was investigated.Key words :CNT , Composites , Synthesis , Electrochemical performance ・651・电化学2005年。
CuO/ZnO纳米材料的制备及性能研究的开题报告一、研究背景和意义：氧化铜（CuO）和氧化锌（ZnO）是广泛应用于化工、医药和环保等多个领域的重要材料。
近年来，由于纳米材料的独特性质，人们开始研究纳米CuO/ZnO复合材料的制备和性能研究。
这种复合材料具有多种独特性质，如高比表面积、优异的光催化性能、电学性能等，具有广泛的应用前景。
因此，对CuO/ZnO纳米材料的制备及性能研究具有重要的理论和应用价值。
二、研究内容和方法：本研究将采用水热法、溶胶-凝胶法等方法，制备CuO/ZnO纳米材料，并结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等手段对材料的物理和化学性质进行表征。
同时，采用紫外-可见光谱（UV-vis）测试材料的光催化性能，以及采用电化学工作站（EIS）测试材料的电化学性能，研究CuO/ZnO纳米材料的光催化机理及电化学机理，揭示CuO/ZnO纳米材料的性能特点，探索其在环境污染治理和能源转换等方面的应用。
三、研究目标和预期成果：本研究旨在制备高质量的CuO/ZnO纳米材料，研究其结构、性质和应用特点，揭示其光催化机理及电化学机理，为其在环境治理和能源转换等领域的应用提供理论和实验基础。
预期成果包括：1）成功合成CuO/ZnO纳米材料，并得到其形貌、晶体结构、化学成分等信息；2）研究CuO/ZnO纳米材料的光催化性能及机理，探究其在污染物降解等方面的应用；3）研究CuO/ZnO纳米材料的电化学性能及机理，探究其在能源转换等方面的应用。
四、研究进度安排：第一年：制备CuO/ZnO纳米材料，并结合XRD、SEM、TEM等方法对其进行表征，初步研究其光催化和电化学性能；第二年：进一步研究CuO/ZnO纳米材料的光催化和电化学性能，在此基础上探究其光催化机理及电化学机理；第三年：继续研究CuO/ZnO纳米材料的光催化和电化学性能及应用，撰写论文并进行学术交流。
硫化锌纳米复合材料的制备、表征及性质研究硫化锌纳米复合材料的制备、表征及性质研究引言随着纳米技术的不断发展，纳米材料的合成和应用得到广泛关注。
硫化锌是一种重要的半导体材料，具有光电特性优良、稳定性好等特点。
近年来，人们对硫化锌纳米复合材料的制备、表征及性质进行了深入研究。
本文将从制备方法、表征手段和性质研究三个方面进行论述，旨在为硫化锌纳米复合材料的应用提供一定的理论依据。
制备方法硫化锌纳米复合材料的制备方法有很多种，如溶胶-凝胶法、热分解法、水热法等。
溶胶-凝胶法是目前应用较广泛的制备方法之一。
其制备步骤为：首先将硫化锌前驱体以适当溶剂形成溶胶，然后通过控制溶胶的成胶时间和干燥条件，使溶胶逐渐凝胶得到凝胶体，最后经过热处理得到硫化锌纳米复合材料。
热分解法则是将硫化锌前驱体直接在高温下进行热解，得到硫化锌纳米颗粒，然后与其他材料制备复合材料。
水热法的制备步骤是将硫化锌前驱体与适量的溶剂在高压容器中反应，经过一定时间得到硫化锌纳米复合材料。
上述方法各有优点和适用范围，根据不同需求可以选择合适的制备方法。
表征手段硫化锌纳米复合材料的表征主要使用了一些常见的手段，如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等。
通过TEM观察样品的形貌和尺寸，可以确定纳米颗粒的分布和形态。
SEM则可以观察样品的表面形貌和颗粒的形态。
XRD可以用来确定样品的晶体结构和晶格参数。
除了以上常见的表征手段外，还可以采用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和拉曼光谱等手段来研究样品的光学性质和晶格振动。
性质研究硫化锌纳米复合材料的性质研究主要包括光学性质和电学性质两个方面。
光学性质的研究通过UV-Vis吸收光谱和荧光光谱等手段进行。
结果显示，硫化锌纳米复合材料在可见光范围内表现出较高的吸收率，并且有较强的荧光发射。
这些性质使得硫化锌纳米复合材料在光电器件中具备较好的潜力。
电学性质的研究主要通过测量材料的电导率、电阻率等参数。
纳米ZAO复合粉体的制备及其性能测试的开题报告1.选题背景随着人们对环境保护和健康关注的增加，对于含有有害有机物的废水和废气的处理提出了更高的要求。
而氧化锌（ZnO）因其优良的光、电、磁等物理和化学性质，广泛用于化学催化、光催化、热催化和生物表面材料。
然而，传统的氧化锌粉末由于存在晶格缺陷、表面缺陷或物理杂质等问题，极易地与水相互作用，从而导致了粉体在水中迅速沉淀，因此阻碍了氧化锌在水处理、光催化等领域的应用。
然而，通过纳米材料技术，将所需具备的功能材料分散成小颗粒，在不同介质中浸泡中没有出现明显的晶化现象，不仅提高了材料的利用率，而且还可以使材料获得优异的性能。
因此，本研究将探讨纳米氧化锌（ZnO）复合粉体的制备方法和性能测试，提高复合材料在废水处理和光催化领域的应用价值。
2.研究目的①研究纳米氧化锌（ZnO）复合粉体的制备方法；②探究纳米氧化锌（ZnO）复合粉体在废水处理和光催化领域的应用性能；③分析纳米氧化锌（ZnO）复合粉体的物理和化学性质。
3.研究内容①材料准备：选用氧化锌和其他合适的助剂，进行物理和化学处理，如临界微胶体技术和高温合成等方法制备纳米氧化锌复合粉体；②材料表征：利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、热重-差热分析（TG-DTA）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等手段对所制备的材料进行物理、化学性质的表征；③应用性能测试：研究复合材料对废水处理和光催化电解性质的影响，并测定复合材料的化学、物理性质；④数据分析：对实验结果进行数据分析，寻找原因，并得出结论，总结材料的应用前景以及存在的问题。
4.研究方法本研究设计采用以下方法：①材料制备：选择物理和化学处理方法分别制备不同组分的纳米氧化锌复合粉体，并探究其适用领域和特点；②材料表征：通过SEM、TEM、XRD、TG-DTA和FT-IR等手段进行材料的微观形貌、晶体结构、热稳定性、热分解机理、抗氧化性等方面的表征；③性能测试：运用废水处理和光催化电解方式对所制备的纳米氧化锌复合粉体进行性能测试，测定其降解率和化学、物理性质；④数据处理：进行数据分析并得出结论，阐释材料的特点、存在的问题、应用前景等方面。
纳米结构ZnO的制备及性能研究一、本文概述氧化锌（ZnO）是一种重要的半导体材料，因其独特的物理和化学性质，在纳米科技领域引起了广泛的关注。
纳米结构ZnO的制备及性能研究对于推动材料科学、电子学、光电子学、生物医学等多个领域的发展具有重要意义。
本文旨在深入探讨纳米结构ZnO的制备方法、结构特性、以及其在各种应用场景中的性能表现。
本文将概述纳米结构ZnO的基本性质，包括其晶体结构、能带结构、光学特性等。
随后，我们将详细介绍几种常见的纳米结构ZnO制备方法，包括物理法、化学法以及生物法等，并对比各种方法的优缺点。
在此基础上，我们将重点关注纳米结构ZnO的性能研究，包括其电学性能、光学性能、光催化性能、以及生物相容性等。
我们将通过实验数据和理论分析，全面揭示纳米结构ZnO的性能特点及其在不同应用场景中的潜在应用价值。
本文还将展望纳米结构ZnO的未来发展趋势，探讨其在新能源、环保、生物医学等领域的应用前景。
我们希望通过本文的研究，能够为纳米结构ZnO的制备和性能优化提供有益的参考，推动其在各个领域的实际应用。
二、ZnO纳米结构的制备方法ZnO纳米结构的制备方法多种多样，主要包括物理法、化学法以及生物法等。
这些方法的选择取决于所需的ZnO纳米结构的尺寸、形貌、纯度以及应用的特定要求。
物理法：物理法主要包括真空蒸发、溅射、激光脉冲沉积等。
这些方法通常在高温、高真空环境下进行，能够制备出高质量的ZnO纳米结构。
然而，这些方法通常需要昂贵的设备和复杂的操作过程，限制了其在大规模生产中的应用。
化学法：化学法因其设备简单、操作方便、易于大规模生产等优点，在ZnO纳米结构制备中得到了广泛应用。
其中，溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、水热法和微乳液法等是常用的化学制备方法。
例如，溶胶-凝胶法通过控制溶液中的化学反应，可以制备出具有特定形貌和尺寸的ZnO纳米颗粒。
化学气相沉积法则可以通过调节反应气体的流量、温度和压力等参数，实现ZnO纳米线的可控制备。
ZnO纳米半导体材料制备ZnO纳米半导体是一种重要的半导体材料，在化学、电子学、材料学等领域有着广泛的应用。
本文主要介绍ZnO纳米半导体材料的制备方法及其应用。
一、ZnO纳米半导体材料制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备ZnO纳米材料的方法。
该方法以氧化锌为前驱体，将其以适当的浓度溶解在有机溶剂中，加入表面活性剂后通过水热处理得到ZnO纳米晶粒。
2. 水热法水热法是一种快速简单的制备ZnO纳米半导体材料的方法。
该方法可以通过改变反应物浓度、反应温度和反应时间等条件来控制ZnO纳米晶粒的大小和形状。
3. 热分解法热分解法是一种通过分解金属有机化合物制备ZnO纳米晶粒的方法。
该方法可以制备高品质的ZnO纳米晶粒，但需要高温下进行反应，操作较为复杂。
4. 气相沉积法气相沉积法是一种将气相反应物在高温下沉积在基底表面上制备ZnO纳米晶粒的方法。
该方法可以通过控制反应条件来调控ZnO 纳米晶粒的大小和形状。
二、ZnO纳米半导体材料的应用1. 光电器件ZnO纳米半导体材料在太阳能电池、LED等光电器件方面有着广泛的应用。
ZnO纳米材料可以提高器件的光电转换效率、增加光敏度、减少暗电流等。
2. 生物医学领域ZnO纳米材料在生物医学领域有着广泛的应用。
ZnO纳米颗粒可以用作抗菌剂、药物传递系统、生物成像等方面。
3. 环境保护ZnO纳米材料在环境保护领域有着广泛的应用。
ZnO纳米颗粒可以用作光催化材料、气体传感器、废水处理等方面。
4. 纳米传感器ZnO纳米材料在纳米传感器领域有着广泛的应用。
ZnO纳米颗粒可以用作气敏材料、湿度传感器等方面。
ZnO纳米半导体材料是一种重要的材料，在各个领域都有着广泛的应用前景。
随着制备技术的不断发展，ZnO纳米材料的性能和应用将会得到更大的提升。
ZnO微纳米结构及其复合材料的制备和性质研究的开题报告一、研究背景氧化锌（ZnO）是一种多功能的材料，由于其独特的电学，光学和机械性能，已经在许多领域得到广泛应用，如显示器件，激光器，光电探测器，传感器和太阳能电池等。
但是，由于ZnO自身的特殊性质，如高表面能，缺陷和宽带隙等，使其在纳米尺度下具有更好的性能。
因此，制备和研究ZnO微纳米结构已经成为当前重要的研究方向之一。
此外，复合材料的制备也是新材料开发的重要途径。
ZnO复合材料由于具有更优异的性能和材料组合的优势，可应用于光电子器件，催化剂和生物医学等领域。
因此，对ZnO微纳米结构及其复合材料的制备和性质研究具有重要意义。
二、研究目的本研究的目的是制备ZnO微纳米结构及其复合材料，并研究其结构与性质之间的关系。
具体来说，将探讨以下几个方向：1. 采用不同的化学合成方法，制备各种形态的ZnO微纳米结构；2. 研究不同形态ZnO微纳米结构的光催化性能；3. 制备ZnO复合材料，并研究其组成对复合材料光学和电学性质的影响；4. 研究ZnO复合材料在生物医学领域的应用潜力。
三、研究方法1. 化学合成方法制备ZnO微纳米结构，包括水热法、氢氧化物沉淀法等；2. 采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等表征手段，分析ZnO微纳米结构的形态和结构；3. 采用光催化方法研究ZnO微纳米结构的催化降解性能，采用紫外-可见分光光度计（UV-vis）对催化剂的吸收性能进行研究；4. 制备ZnO复合材料，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、光致发光（PL）等测试方法对其光电学性质进行分析；5. 探讨ZnO复合材料在生物医学领域的应用潜力，研究生物相容性、细胞毒性等。
四、预期结果和意义通过本研究的实验和数据分析，预计能够得到以下结果：1. 成功制备出形态各异的ZnO微纳米结构，如纳米棒、纳米片、薄片等；2. 研究ZnO微纳米结构的形态对催化降解反应速率的影响；3. 制备出ZnO复合材料，并研究其光学和电学性质；4. 探讨ZnO复合材料在生物医学领域的应用潜力。
ZnO纳米材料的合成与性能研究的开题报告
一、研究背景
随着现代科技和工业的发展，纳米材料在各个领域的应用越来越广泛，其中，ZnO纳米材料因其独特的物理和化学性质，成为了研究热点
之一。
ZnO纳米材料具有良好的光电性质、催化性能、生物相容性等优
良特性，可广泛应用于太阳能电池、化妆品、气敏传感器、医药等领域。
因此，合成高品质的ZnO纳米材料并深入研究其性能将具有重要意义。
二、研究目的和内容
本次研究的主要目的是合成高品质的ZnO纳米材料，并通过一系列
实验和分析手段研究其物理化学性质、结构特征和应用性能。
具体研究
内容如下：
1. 合成不同形貌和尺寸的ZnO纳米材料，通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜等技术对其形貌和尺寸进行表征。
2. 使用X射线衍射仪和拉曼光谱仪等技术对ZnO纳米材料的结构特征进行分析。
3. 通过漏电流、光电流等实验研究纳米材料的光电性质。
4. 进行气敏传感实验，研究ZnO纳米材料作为气敏传感器时的性能。
5. 考察ZnO纳米材料在太阳能电池、化妆品、医药等方面的应用前景。
三、研究意义
本次研究将合成高品质的ZnO纳米材料，为其在太阳能电池、气敏
传感器、医药等领域的应用提供技术支持。
同时，通过对纳米材料性能
的深入研究，可以探索其应用的新方向和市场潜力。
此外，本次研究也
可以为其他纳米材料的研究提供参考和借鉴。
ZnO纳米多级结构的制备、表征与生长机制研究的开题报告一、研究背景近年来，纳米技术在材料科学和设备工程领域中发挥着越来越重要的作用。
其中，纳米材料的制备特别引人注目，因为纳米材料在物理、化学和生物学等领域中均具有独特的性质和应用潜力。
ZnO是一种广泛应用的材料，其在电子、光电和磁学等领域具有重要的应用价值，并且对环境友好，不含有毒有害物质。
因此，研究ZnO纳米多级结构的制备、表征与生长机制对其应用与发展具有重要意义。
二、研究内容和目标本研究旨在通过化学合成方法制备出ZnO纳米多级结构，并通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等手段进行材料结构和形貌表征。
同时，通过控制ZnO合成条件，研究其生长机制和形貌控制。
最终能够制备出具有应用价值、高效稳定性和可重复性的ZnO纳米多级结构。
三、研究方法1. 化学合成法制备ZnO纳米多级结构；2. 采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等技术手段进行材料结构和形貌表征；3. 通过控制ZnO合成条件，研究其生长机制和形貌控制；4. 对ZnO纳米多级结构的应用进行初步研究分析。
四、研究意义和创新点1. 实现了ZnO纳米多级结构的化学合成，为其应用提供了新的制备方式；2. 系统研究了ZnO纳米多级结构的结构和形貌特征，为其应用提供了基础支撑；3. 通过控制合成条件，揭示了ZnO纳米多级结构的生长机制；4. 综合应用研究所获得的新的ZnO纳米多级结构，有望在电子、光电和磁学等领域具有广泛应用。
五、进度安排1. 完成文献综述和开题报告，明确实验总体构思和研究方向（完成时间：1周）；2. 优化ZnO纳米多级结构的化学合成方法，制备出高质量的ZnO纳米多级结构，并进行结构和形貌表征（完成时间：3-4周）；3. 对比分析不同合成条件下ZnO纳米多级结构的性能差异（完成时间：2周）；4. 深入探究ZnO纳米多级结构的生长机制（完成时间：3-4周）；5. 综合应用研究所得ZnO纳米多级结构的性能和应用前景，为其在电子、光电和磁学等领域中的应用提供理论和实验依据（完成时间：2周）；6. 撰写论文并进行总结，准备答辩（完成时间：2周）。
纳米氧化锌的电化学制备与表征王靖昊 515111910055一、实验目的1、用电化学沉积法制备纳米氧化锌薄膜，掌握相关原理。
2、用XRD、紫外可见吸收光谱等分析手段对所制备的纳米ZnO进行表征。
3、对所得纳米ZnO进行染料降解测试。
二、实验原理1、纳米氧化锌ZnO是一种II、VI族宽禁带半导体化合物材料，最常见的结构主要有六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构。
其中，六角纤锌矿为热力学稳定的结构。
ZnO半导体具有良好的光电、压电、气敏性质，电化学稳定性高、价格低廉、毒性小、能阻截紫外光等优点，在透明导体、太阳能电池、光波导器件、微传感器等方面具有广泛的应用。
制备纳米ZnO的方法有很多，如金属有机化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热法、脉冲激光沉积法、电化学沉积法等。
其中电化学沉积法实验条件要求低，可在低温下进行，操作简单，成本低，适合用于本次综合化学实验。
2、电化学沉积法电化学沉积法指电解含有所要生长元素的电解液，使所需固体物质在电极析出沉积的方法。
电化学沉积法分为阳极氧化法和阴极还原法，因对ZnO的制备，阴极还原法实际相对简单，本次采用阴极还原法。
在硝酸锌电解液中，阴极反应式为：总反应式为：从而在阴极得到纳米氧化锌材料3、染料降解研究当半导体光催化剂受到光子能量高于半导体禁带宽度的入射光照射时，位于半导体催化剂价带的电子就会受到激发进入导带，同时会在价带上形成对应的空穴，即产生光生电子-空穴对。
光生电子(e-)具有很强的氧化还原能力，它不仅可以将吸附在半导体颗粒表面的有机物活化氧化，还能使半导体表面的电子受体被还原。
而受激发产生的光生空穴(h+)则是良好的氧化剂，一般会通过与化学吸附水（H2O）或表面羟基（OH-）反应生成具有很强氧化能力的羟基自由基（·OH）。
研究表明羟基自由基几乎能够氧化所有有机物并使之矿化。
实验证明一般光催化反应都是在空气气氛中进行，其中一个主要原因就是空气中所含氧气的存在对光催化有促进作用，能加速反应的进行，从原理上分析普遍认为氧气的存在可以抑制光催化剂上电子与空穴的复合，同时它还可以与光生电子作用形成超氧离自由氧O2-，接着与H+生成HO2，最后再生成羟基自由基，因此成为了羟基自由基的另外一个重要来源。
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)October Acta Phys.⁃Chim.Sin.,2006,22(10)：1175~1180ZnO⁃CNTs纳米复合材料的制备及性能表征朱路平1,2黄文娅3马丽丽4傅绍云1,*余颖4贾志杰4 (1中国科学院理化技术研究所,北京100080；2中国科学院研究生院,北京100049；3武汉耀华玻璃有限公司,武汉430010；4华中师范大学纳米科技研究院,武汉430079)摘要以醋酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)和经硝酸处理过的碳纳米管(CNTs)为原料,一缩二乙二醇(DEG)为溶剂,采用溶胶法制备得到ZnO⁃CNTs纳米复合材料,并通过XRD、TEM、SEM、IR、PL等手段对样品进行了表征,TEM及SEM结果显示,负载在碳纳米管上的氧化锌纳米颗粒的尺寸小于25nm.讨论了反应时间、反应温度等因素对产品形貌的影响,并对复合材料的光致发光效应及其形成机理进行了初步的探讨.PL结果表明,相对于纯ZnO,ZnO⁃CNTs纳米复合材料的近紫外发射峰峰位发生了明显的蓝移.关键词：溶胶法,ZnO⁃CNTs,纳米复合材料,红外吸收,光致发光光谱中图分类号：O648Synthesis and Characteristics of ZnO⁃CNTs NanocompositesZHU,Lu⁃Ping1,2HUANG,Wen⁃Ya3MA,Li⁃Li4FU,Shao⁃Yun1,*YU,Ying4JIA,Zhi⁃Jie4 (1Technical Institute of Physics and Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Beijing100080,P.R.China；2Graduate School of the Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,P.R.China；3Wuhan Yaohua Pilkington Safety Glass Co.Ltd.,Wuhan 430010,P.R.China；4Institute of Nano⁃Science and Technology,Central China Normal University,Wuhan430079,P.R.China)Abstract ZnO⁃CNTs nanocomposites were successfully synthesized by sol method using Zn(CH3COO)2·2H2O andtreated multiwalled carbon nanotubes(CNTs)as raw materials and diethyleneglycol(DEG)as regent.The sampleswere determined by means of X⁃ray diffraction(XRD),transmission electron microscopy(TEM),scanning electronmicroscopy(SEM),infrared(IR)absorbence,and photoluminescence(PL)spectrum.TEM and SEM images indicatedthat the coating layer was composed of ZnO nanoparticles with size less than25nm.The effects of variousexperimental conditions,such as reaction duration and reaction temperature on the obtained composites wereinvestigated as well.Finally,PL function and possible formation mechanism of ZnO⁃CNTs nanocomposites wereproposed.The PL spectra of ZnO⁃CNTs nanocomposites showed obvious blue⁃shifts compared with that of pure ZnOnanomaterial.Keywords：Sol method,ZnO⁃CNTs,Nanocomposite,IR absorbence,PL spectrum碳纳米管(CNTs)自从1991年[1]被发现以来,由于其独特的结构、纳米级的尺寸、高的有效比表面积和可呈现导体的性质,使其在工程材料的纳米增强相和半导体材料等方面很受关注.同时,由于其具有极大的比表面积和化学稳定性,以及独特的电子结构、孔腔结构和吸附性能,也被认为是一种良好的载体[2⁃6].近几年来,由于碳纳米管管壁的官能化的发展,加之其优良的电子传导性,对反应物种和反应产物的特殊吸附及脱附性能,特殊的孔腔空间立体选择性,碳与金属催化剂的金属⁃载体强相互作用以及碳纳米管的量子效应而导致的特异性催化和光催化性质,使其越来越多地用作催化剂载体[7].目前[Article]Received:March22,2006;Revised:April14,2006.*Correspondent,E⁃mail:lpzhu@ or syfu@;Tel/Fax:010⁃82543752.国家自然科学基金(20207002)资助项目鬁Editorial office of Acta Physico⁃Chimica Sinica1175Acta Phys.鄄Chim.Sin.(Wuli Huaxue Xuebao ),2006Vol.22已有Pt 、TiO 2、CdS 、Ru 、Fe 2O 3等多种催化剂被成功地负载于碳纳米管上[8⁃12].ZnO 作为一种宽禁带半导体(禁带宽度为3.37eV),除了可以广泛应用于橡胶添加剂、气体传感器、紫外线遮蔽材料、变压器和多种光学装置外,还具有光催化性能,可以以太阳光为光源来降解有机污染物,这将使其在环境污染治理方面发挥重要的作用.在太阳光的照射下,它能分解有机物,并有抗菌和除臭作用.这一光催化性质已被广泛应用于纤维、化妆品、陶瓷、环境工程、玻璃和建材等工业中.在光催化降解偶氮类染料方面,有文献报道其光催化效果甚至强于TiO 2[13⁃14].而纳米氧化锌颗粒的反应速率是普通氧化锌颗粒的100~1000倍,而且与普通颗粒相比,它几乎不引起光的散射,且具有大的比表面积和宽的能带,被认为是极具有应用前景的高活性光催化剂之一[15].但是,ZnO 存在着严重的光腐蚀,部分限制了其应用.将纳米氧化锌与碳纳米管进行复合,可以较好地减少其光腐蚀,提高纳米氧化锌的利用率.因此成功制备氧化锌⁃碳纳米管复合材料,并对其进行深入的研究,对于理解纳米复合材料的光电、催化、屏蔽、吸波及隐身性能等具有重要的理论和实用价值.本文采用溶胶法制备得到ZnO ⁃CNTs 纳米复合材料,并通过XRD 、TEM 、SEM 、IR 、PL 等手段对样品进行了表征,同时讨论了反应时间、反应温度等因素对产品形貌的影响及其形成机理.1实验部分1.1实验试剂无水乙醇(A.R.)；乙酸锌(A.R.)；一缩二乙二醇(DEG,A.R.)；浓硝酸(A.R.)；浓硫酸(A.R.)；碳纳米管(华中师范大学纳米科技研究院).1.2碳纳米管的纯化用硝酸氧化法对碳纳米管进行纯化,即将一定量的碳纳米管样品加入到400mL 浓HNO 3中,在140℃回流4h,用G ⁃4砂芯漏斗抽滤,并用蒸馏水洗涤直至中性后,烘干备用.纯化结果表明,经过酸处理后,样品中的大块颗粒消失,纯度明显提高.1.3ZnO 溶胶的制备1.10g 醋酸锌(Zn (CH 3COO)2·2H 2O)溶入250mL 一缩二乙二醇(DEG),加入10mL 水,升温至170~180℃,搅拌5min 后,有白色混浊出现,在室温下静置2h,得到无色透明的ZnO 溶胶.1.4ZnO ⁃CNTs 复合材料的制备将纯化后的CNTs 加入ZnO 溶胶中,超声分散30min,然后加热升温至170~180℃,磁力搅拌,反应1.5h 后,离心并用无水乙醇和蒸馏水洗涤,在110℃干燥12h.1.5表征及测试用Y ⁃2000型X 射线粉末衍射仪(Cu K α,λ=0.154178nm)进行物相分析测定,扫描速率为0.03(°)·s -1；用JEM ⁃100CXV 透射电镜(加速电压80kV)和JEOL ⁃6700F 扫描电镜(加速电压5000V)观测产品的形貌和尺寸；采用Shimadzu IR ⁃440型红外光谱仪进行红外光谱测定；样品的光致发光性能用PMT928型荧光光谱仪(激发光源：He ⁃Cd,325nm)在液氦温度下测定.2结果与讨论2.1TEM 和SEM 分析图1(a)为ZnO ⁃CNTs 的TEM 图片.在碳纳米管的表面负载着ZnO 纳米颗粒,粒径在20nm 左右,分布致密均匀.图1(b)为样品的SEM 图片,可以看出,碳纳米管表面负载ZnO 纳米颗粒并不是碳纳图1(a)ZnO ⁃CNTs 的TEM 照片;(b)ZnO ⁃CNTs 的SEM 照片Fig.1(a)TEM photograph and (b)SEM photograph of ZnO ⁃CNTs1176No.10傅绍云等：ZnO ⁃CNTs 纳米复合材料的制备及性能表征米管的个别现象,而是具有很大的普遍性.另外,经过多次水洗和超声振荡处理,碳纳米管表面的负载情况没有明显变化,表明ZnO 纳米颗粒与碳纳米管表面具有较强的结合力.为了研究反应时间对碳纳米管表面负载ZnO 的影响,在不同的反应时间段对其进行TEM 测试,结果如图2所示.当反应20min,碳纳米管表面只零星负载着ZnO 纳米颗粒(图2(a)所示),粒径约为8nm ；当反应时间延至50min,碳纳米管表面的ZnO 有所增加,且长成直径10~12nm,长20~25nm 的短柱形(图2(b)).这可能是碳纳米管的空间效应和溶剂DEG 的共同作用,而使得ZnO 生长基元优先接近成核晶体的自由一端,从而驱使ZnO 晶体发生定向生长[17].当反应时间延至70min 时(图2(c)所示),可以明显地观察到碳纳米管的外表面已均匀负载了一层致密的ZnO 颗粒.随着反应时间的进一步延长,碳纳米管表面负载的ZnO 的厚度也会相应增加(图2(d)所示),直至反应完全.这说明碳纳米管表面的ZnO 颗粒是成核中心,醋酸锌水解产生的生长基元直接负载在碳纳米管表面已有的ZnO 颗粒上,而不是在溶液中形成新的成核中心.因此,可以通过改变ZnO 和CNTs 的反应时间,来控制CNTs 表面ZnO 的负载量.另外,为了测试反应温度对结果的影响,分别在室温(25℃)和90~100℃进行了实验.温度较低时,碳纳米管表面仅有零星的ZnO 纳米颗粒.升温至90~100℃,可见较多的ZnO 颗粒负载在碳纳米管表面.这是因为醋酸锌水解后,在液相中首先生成[Zn(OH)4]2-基元,然后再脱水形成ZnO 晶核.温度升高可加速脱水反应的进行,有利于形成更多的晶核.此外,作为溶剂的DEG,除了可以与生成的醋酸发生酯化反应,加速生长基元的形成外,还提高了溶液的粘度,降低了晶核聚集、重结晶的速率,从而增加了晶核与碳纳米管的接触几率,极大地促进了ZnO 粒子在碳纳米管上负载.2.2XRD 分析图3为ZnO ⁃CNTs 复合材料的XRD 图,在2兹为26.069°、32.080°、34.660°、36.550°、47.776°、56.796°、63.072°、68.158°和69.370°处,分别对应碳纳米管的特征衍射峰和ZnO 的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)和(201)晶面,其与六方纤锌矿标准卡片(JCPDS No.36⁃1451)基本一致.此外,没有观察到其它杂峰,说明所制得的样品为碳纳米管和氧化锌复合体.根据Scherrer 公式,可以求得碳纳米管表面负载的ZnO 颗粒的平均粒径约为22nm,这与TEM 图像的结果基本吻合.此外,还可以看出,随反应时间延长,XRD 衍射图3不同反应时间制备出的样品的XRD 图谱Fig.3XRD spectra of CNTs coated by ZnO preparedwith sol 鄄gel process at different reaction times(a)50min ；(b)20min图2反应时间对ZnO 负载量的影响Fig.2Quantity of ZnO coating on CNTs at different reaction times(a)20min ；(b)50min ；(c)70min ；(d)90min1177Acta Phys.鄄Chim.Sin.(Wuli Huaxue Xuebao ),2006Vol.22峰强度增强,峰形变得更加尖锐,说明颗粒晶化程度更高,晶形更完整.2.3红外光谱分析图4(a)为经浓HNO 3处理后的CNTs 的红外光谱图,在3425cm -1和1408cm -1左右呈现明显的羟基吸收峰,表明经HNO 3处理后碳纳米管表面已存在羟基官能团,实现了碳纳米管表面官能团衍生化.碳纳米管表面负载ZnO 的红外光谱图中(如图4(b)所示),422cm -1左右处的吸收峰是纳米ZnO 的特征吸收峰,该吸收峰较单一ZnO 颗粒发生了一定的红移,这可能是由于晶粒细化过程中纳米材料结构的有序度下降,从而发生了高对称向低对称的转变,总结果是晶体场减弱,能级间距减小,这就导致了同样吸收峰在弱晶场下发生红移[18].2.4光致发光(PL)分析半导体纳米晶体的结构导致了其具有量子尺寸效应和介电限域效应,并由此派生出半导体纳米晶体独特的发光特性.当一束光照射到半导体上时,半导体吸收光子后,价带上的电子通过电子跃迁进入导带,而导带上的电子通过跃迁既可以再重新回到价带,放出光子,也可以落到半导体中的电子陷阱中而淬灭.当电子落入较深的电子陷阱后,绝大部分以非辐射的形式淬灭了,只有极少数的电子以光子的形式跃迁回到价带或以非辐射的形式回到导带[19].为了检测不同样品的光致发光特性,分别对处理后的CNTs,1∶1合成的ZnO ⁃CNTs,1∶2合成的ZnO ⁃CNTs,1∶3的ZnO ⁃CNTs 以及纯的ZnO 进行了低温(11K)光致发光性能的测试,其结果如图5所示.通常ZnO 材料的光致发光主要表现为近带边紫外发光和深能级发光,近紫外发射峰为宽禁带导体氧化锌近带边变化,即通过激子⁃激子碰撞过程产生的自由激子复合[20],深能级发射是与结构缺陷和杂质相关的,其中所有结构缺陷主要来自ZnO 生长过程中氧供给量不足,即锌和氧的化学计量比失衡[21].如图所示,纯ZnO 的发射峰位主要在399nm 和590nm 附近,399左右的发射峰为近紫外发射,位于590nm 处的峰对应深能级发射.而碳纳米管在整个波长范围内无发射峰.将ZnO 负载在CNTs 表面后,近紫外发射峰强度略有下降,而深能级发射峰强度则明显降低,几乎为零.这一方面可能是由于碳纳米管表面负载的ZnO 晶型较为完整,结构缺陷及杂质较少,而引起深能级发射强度显著下降[22],另一方面,也可能是氧化锌与碳纳米管复合后,表面态减少,从而使得可见荧光强度有较明显的减弱.图5各种样品的低温PL 光谱Fig.5Low 鄄temperature photoluminescence spectra(1)pure ZnO ；(2)1∶3ZnO ⁃CNTs ；(3)1∶1ZnO ⁃CNTs ；(4)1∶2ZnO ⁃CNTs ；(5)CNTs图4样品的红外吸收光谱图Fig.4IR spectra of the samples(a)CNTs purified by HNO 3；(b)ZnO ⁃CNTs1178No.10傅绍云等：ZnO⁃CNTs纳米复合材料的制备及性能表征此外,水的加入也可能导致可见荧光强度的减弱.在该体系中,水除了可能引起颗粒尺寸增大而削弱可见荧光强度外,其也可能吸附且占据ZnO表面的特殊位置,并水解产生OH-,当吸附的水分子及水解生成的OH-对光生空穴的过量俘获也将使可见荧光强度减弱[23].此外,从图5还可以看出,比例为1∶3的ZnO⁃CNTs的近紫外发射峰相对于纯ZnO近紫外发射峰,其峰位发生了明显的蓝移；比例为1∶2的ZnO⁃CNTs的近紫外发射峰相对于1∶3的ZnO⁃CNTs近紫外发射峰的峰位的蓝移程度更大.估计这是由于纳米粒子的量子尺寸效应使得能隙变宽造成的,发光谱中的峰位随着样品晶粒的减小而会出现一定程度的蓝移[24].当半导体颗粒尺寸减小至接近激子Bohr 半径时,电子能级由准连续变为离散能级,能隙变宽,便会表现出量子尺寸效应[25].而1∶1的ZnO⁃CNTs 的近紫外发射峰的峰位并没有明显的移动,这可能是因为碳纳米管表面负载的ZnO太厚的原因(超过了50nm).另外,半导体颗粒尺寸降低,导致禁带宽度增加,使得近带边紫外发光较难发生,因此当ZnO负载在碳纳米管上后,其近紫外发射峰的强度有所降低.至于其光致发光的更为详细机制还有待进一步研究.2.5反应机理二水合醋酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)热分解为ZnO的温度为350℃,而在本实验中,反应体系的温度为170~180℃,因而ZnO溶胶的形成是通过醋酸锌的水解,而不是醋酸锌的热分解.Zn(CH3COO)2+H2O寅ZnO+2CH3COOH醋酸锌水解后,在液相中首先生成[Zn(OH)4]2-基元,然后经脱水反应直接形成ZnO晶核,再经聚集、重结晶而长大.在该反应体系中,DEG一方面可与反应生成的醋酸发生酯化反应,从而加速生长基元的形成；另一方面,DEG作为溶剂,可以提高溶液的粘度,使得晶核聚集,重结晶的速率放慢,较好地抑制了ZnO的团聚长大.这是由于质点的生长速率与介质的粘度有关系,它控制着物质扩散到质点表面的速率[26].碳纳米管经氧化处理后,其壁上引入了大量的官能团,当碳纳米管分散到ZnO溶胶后,由于物理吸附和化学吸附作用,ZnO胶体微粒负载在碳纳米管外壁上,成为新的成核中心.众所周知,纳米晶的形貌和尺寸由晶体的内部结构所决定,同时也受到外部条件的影响.成核后ZnO的生长更多地受到反应条件(特别是温度、反应时间等)的影响.纳米粒子生长过程中,只有生长取向各向异性时,才可能得到纳米短柱.ZnO晶体属六方晶系,空间群为C46v⁃P63mc,Zn原子按六方紧密堆积排列,每个锌原子周围有4个氧原子,构成[ZnO4]6-配位四面体,四面体之间以顶角相互连结.四面体的一个顶角指向c轴负方向,锌原子和氧原子在c轴方向不对称分布,具有明显的极性生长特征,即晶体沿着c轴正方向和负方向生长[27].根据Ostwald成熟过程理论,即大的晶体颗粒逐渐长大,同时小的晶体颗粒逐渐减小直至消失,并且ZnO负载在碳纳米管表面后有可能会降低整个反应体系的能量,因而碳纳米管表面负载的ZnO颗粒逐渐长大.DEG作为溶剂,一方面增加了体系的粘度,使得晶核的相互融合作用较弱,容易形成独立的短柱状晶体[28]；另一方面,在ZnO晶体生长过程中,DEG偏析于ZnO晶体的某些晶面上,抑制了这些晶面的生长,从而使得ZnO晶体在某一方向的生长远大于其它方向,形成纳米短柱[29].3结论以醋酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)为原料,一缩二乙二醇(DEG)为溶剂,采用溶胶法制得ZnO颗粒均匀负载于碳纳米管表面的纳米复合材料.实验结果表明,负载于碳纳米管表面的ZnO颗粒具有为六方纤锌矿结构,制备条件对ZnO颗粒在碳纳米管表面上的负载情况有较大的影响；其吸收峰在弱晶场下红移；其光致发光光谱表明,碳纳米管表面ZnO颗粒的负载情况不同,其性质也有较大差异.这种方法能拓宽到其它金属、氧化物或硫化物的碳纳米管复合材料的合成中.实验制备的ZnO⁃CNTs纳米复合材料有望作为功能元件在纳米尺度的器件及光降解催化剂中得到应用.References1Iijim,S.Nature,1991,354:562Che,G.L.;Lakshmi,B.B.;Martin,C.R.;Fisher,ngmuir, 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Ni(II),and all the“ErCl3”and“CrCl3”in Part2.1and in the captions of Fig.1,Fig.2,and Fig.3should be NiCl2.1180。
