文档介绍：ZnS纳米材料的可控合成及光电性能研究
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ZnS纳米材料的可控合成及光电性能研究
一、实验目的
了解ZnS纳米晶的结构特点、性能及用途;
了解并掌握缓释合成ZnS纳米晶的原理和方法;
了解表征纳米材料的结构及形态的基本知识;
了解利用光催化处理印染废水的原理和方法。
二、实验原理
传统的直接沉淀法制备ZnS粒子的反应过程可用以下方程式进行描述:
Zn2+ + S2- → ZnS
对于由Zn2+和S2-直接生成ZnS的快速沉淀过程,ZnS的生成可瞬间完成,其成核速率与生长速率很快,这种方法合成的ZnS会因为初始阶段混合的不均匀性而使产物粒子尺寸分布较宽。为了避免上述现象,进来人们提出了以硫代乙酰胺(TAA)为硫源,利用均匀沉淀法来制备ZnS纳米粒子。具体设计的反应式如下:
CH3CSNH2 → + 2H+ + S2-
S2- + M2+ (M=Zn, Cd, Cu) → MS
从上述反应过程可以看出,均匀沉淀法原理是在一定条件下制得含有所需反应物的稳定前体溶液,通过迅速改变溶液的酸度和温度来促使颗粒大量生成,由于在这个过程中反应物可以实现分子尺寸的均匀混合;同时TAA释放硫源是缓慢进行的,使得反应过程变得可控,从而避免了由于沉淀剂的加入造成沉淀剂瞬时局部过浓现象,克服了传统也想直接沉淀法制备纳米材料的不足。
如果能找到一个合适的络合物,它能够与溶液中的Zn2+络合形成相对稳定的络合物前驱体,由于该络合物前驱体具有适当的稳定性,就可以实现反应物反应前贩子尺度的均匀混合。同时,通过改变外界条件,来实现Zn2+的缓慢释放,以达到TAA做硫源的相同效果。
乙二胺四乙酸(EDTA)分子中具有六个可以与金属离子形成配位键的原子,它的两个氨基氮和四个羧基氧原子都有孤对电子,能与金属离子形成配位键,因此DETA能与许多金属离子形成稳定的络合物。当EDTA溶解于酸度很高的溶液中时,它的两个羧基可再接受H+而形成H6Y2+,这样EDTA相当于六元酸。由于多数金属离子的配位数不超过6,所以EDTA与金属离子形成1:1的络合物,只有极少数金属离子如锆、钼例外。因此,EDTA与Zn2+ 就不存在分布络合现象。通过合理控制外接条件,EDTA能够通过与Zn2+之间的络合作用,实现Zn2+的可控释放。
大量的研究表明,尽力尺寸减小到一定程度后,光能隙蓝移,对应于更高的氧化-还原电位,因而有更强的氧化-还原能力;另外晶粒尺寸减小后光生载流子迁移到晶粒表面的时间大大缩短,有效地减少了光生电子的和光生空穴的体相复合。一次制备纳米ZnS纳米颗粒有望能够极大地提高光催化活性。
近年来,荧光性半导体纳米晶和纳米团簇制备引起了人们的注意,因为这类荧光活性的纳米结构材料可望在生物传感和临床检验等领域有着潜在的应用价值,作为一个合适的生物标贴,应该具有较高的荧光效率、生物相容性以及能够与生物分子发生作用的表面基团。从光催化角度,水溶性的表面也是可取的,因为亲水性的表面有利于半导体光催化剂与水溶性染料发生充分的接触,从而提高其光催化效率。
印染废水排放量大,成分复杂,对人体和环境的危害较大,印染废水的处理已成为世界各国治理水环境方面亟待解决的一大难题。目前常用的吸附法、生化法和混凝沉降法等均难以使染废水的处理达到令人满意的结果。光催化处理印染废水是一种极有前途的处理方法。
三、实验材料
商品名称
数量
规格
产地
EDTA
250g/瓶×1
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
硫化钠
250 g/瓶×1
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
醋酸锌
250 g/瓶×1
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
丙三醇
500mL/瓶×1
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
乙醇(无水乙醇)
500mL/瓶×1
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
氨水(氢氧化铵)
500mL/瓶×1
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
亚甲基蓝
50 g/瓶×1
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
去离子水
实验仪器
数量
产地
数显恒温水浴锅
一台
国华电器有限公司
WQL(LKY-2)粒度仪
一台
上海精密科学仪器有限公司
天平仪器厂物理光学仪器厂联合制造
酸度计
一台
分析天平
一台
实验仪器
数量
规格
小量筒
2
10mL
大量桶
2
100mL
烧杯
3
150mL
2
250mL
1
800mL
试剂瓶
3
250H透明
3
250H棕色
离心管
12
10mL
洗耳球
2
胶头滴管
3
玻璃棒
3
表面皿
3
药匙
2
四、实验步骤
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