溶膠凝膠自燃燒法合成ZnS納米顆粒及光催化性能研究.pdf

1、溶膠-凝膠自燃燒法是一種結(jié)合了傳統(tǒng)溶膠-凝膠法和自燃燒法的新型粉體材料合成方法，具有精確的化學(xué)計(jì)量控制、設(shè)備工藝簡單和節(jié)約能源、反應(yīng)時(shí)間短、優(yōu)秀材料均勻性、材料顆粒尺度小、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于氧化物納米粉體材料的合成。
　　ZnS是目前研究最廣泛的一種光催化材料，它能在光激發(fā)下迅速產(chǎn)生電子-空穴對，并在紫外光照射下具有很高的催化分解水中有機(jī)污染物的活性。用常規(guī)合成方法如溶劑熱法、水熱法和化學(xué)氣相沉積法合成ZnS納米材料具

2、有合成過程復(fù)雜，產(chǎn)率低、成本高等缺點(diǎn)，不適于大規(guī)模合成，進(jìn)而限制了ZnS納米顆粒作為光催化材料的應(yīng)用。
　　因此研究利用溶膠-凝膠自燃燒法合成ZnS納米材料及其光催化性能具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。已有研究發(fā)現(xiàn)如果在前驅(qū)物中使用含硫的有機(jī)物如硫脲為絡(luò)合劑，在干凝膠點(diǎn)燃時(shí)會形成硫化的燃燒氣氛，最終得到相應(yīng)的金屬硫化物，在初期研究中我們借鑒這一思路，使用硫脲為絡(luò)合劑，利用溶膠-凝膠自燃燒法成功合成了ZnS納米顆粒，但是得到的納米顆粒尺寸

3、和形貌的均一性很差，使這一合成方法缺乏實(shí)用性。在本論文中我們通過在前驅(qū)物中加入硫脲以外的絡(luò)合劑氨基乙酸以及作為分散劑的乙二醇，成功合成了尺寸和形貌均一的ZnS納米顆粒。并且通過對大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析研究了前驅(qū)物中氧化劑/燃料比例，乙二醇/絡(luò)合劑比例以及Zn/S比例對ZnS納米顆粒形貌的影響。
　　研究發(fā)現(xiàn)：1.在不同氧化劑/燃料比例下通過調(diào)節(jié)分散劑/絡(luò)合劑比例均能獲得形貌均一的ZnS納米顆粒，并且形貌最佳樣品對應(yīng)的乙二醇/絡(luò)合劑

4、比例隨氧化劑/燃料比例的下降而逐步下降。2.不同氧化劑/燃料比例下形貌最佳的納米顆粒的大小會有所不同，特定比例下存在最小值。3.在氧化劑/燃料比例保持不變的情況下，改變Zn/S比例對最佳的分散劑/絡(luò)合劑比例以及相應(yīng)的納米顆粒大小影響較小。
　　基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們分析認(rèn)為氨基乙酸與乙二醇在顆粒形貌優(yōu)化中的作用主要有兩點(diǎn)：1.作為絡(luò)合劑氨基乙酸和硫脲相比更容易形成復(fù)雜的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，并且通過與乙二醇的縮合反應(yīng)能進(jìn)一步加強(qiáng)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，干

5、凝膠中更為復(fù)雜的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有利于燃燒熱量的均勻分散，為ZnS納米顆粒的形成與生長提供更為均勻和適合的熱環(huán)境。2.乙二醇在干凝膠起中還能起到分散劑作用，其簡單的分子結(jié)構(gòu)與較小的分子量使其容易均勻分散在各個(gè)絡(luò)合物之間，并且乙二醇與絡(luò)合物分子團(tuán)之間結(jié)合較弱，在高溫燃燒中容易迅速斷開加速膠體解體，有利于硫化反應(yīng)的均勻發(fā)生。此外在ZnS納米顆粒合成的基礎(chǔ)上我們還研究了形貌控制因素對ZnS納米顆粒紫外光下催化分解有機(jī)物性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)樣品的催化性