模板效应下制备ZnO可见光激发光催化剂的初步研究(7)
1.4.8 激光诱导化学法
激光诱导化学法是利用反应分子气体对特定波长激光束的吸收而热解或化学反应,经成核生长形成纳米粉体;或运用高能激光束直接照射金属片表面加热气化、蒸发、氧化获得氧化物纳米粉体。该法制备的纳米具有颗粒小、粒度分布窄、分散性、纯度高、不团聚等特点,但耗能大、粉体回收率低、花费成本高,难以工业化。中科院固体物理研究所朱勇等利用激光束,在不同能量密度下,直接加热锌靶制备出纳米ZnO粉体,且产物形状结构不同,可为链状、弥散状,也可为晶须结构,粒径在10～40nm。
1.5.9 溶胶-凝胶法
沈琳等[21]采用溶胶－凝胶法，以Zn(CH3COO)2•2H2O为原料，制备了纳米ZnO粉末。研究表明，采用此方法在Zn(CH3COO)2•2H2O浓度0.075mol/L，80℃下反应2ｈ的条件下制备的ZnO纳米颗粒呈球形，粒径在6nm左右，粒度分布均匀，有轻微团聚现象。潘吉浪等[22]采用溶胶－凝胶法在玻璃表面制备了薄膜型ZnO光催化剂，并以偶氮胭脂红为模型，研究不同条件对ZnO薄膜光催化性能的影响。研究表明，采用此方法制备的ZnO薄膜呈透明状，薄膜表面均匀分布着球形ZnO晶粒，晶粒的粒径随退火温度的升高在17-30nm范围内逐渐增大，且当退火温度为300℃，镀膜层数为5层，溶液初始pH值为8~9时，ZnO薄膜对偶氮胭脂红具有最好的光催化降解效果。邵忠宝等[23]在低温条件下采用高分子网络凝胶法，以丙烯酞胺为单体，N,N'－亚甲基双丙烯酞胺为网络剂，制备出了纳米ZnO粉体。研究表明使用此方法制备的纳米ZnO粒径小，分散均匀，团聚少，且当单体147纳米ZnO光催化剂制备方法研究进展 环境安全与网络剂的质量比为5:1时粉末粒径最小，ZnO的质量分数高达99.0％。季敏霞等[24]采用高分子网络凝胶法，以醋酸锌为原料，丙烯酞胺为单体，N,N'－亚甲基双丙烯酞胺为网络剂，制备纳米级ZnO粉末。研究表明，通过网络的阻碍作用，阻止ZnO 的团聚，能够制得粒径为20~50nm的ZnO 粉末，平均粒径为30nm左右。研究同时发现，通过增大单体和网络剂的总量，能形成比较好的凝胶，使晶粒细化；随着形成溶胶溶液pH值的增大，制得的ZnO粒径也随着增大。与其他制备方法相比，溶胶－凝胶法具有反应温度低，反应过程易控制，产物颗粒粒径小、纯度高且粒度分布窄等优点，因而得到广泛应用。
1.5.10 微乳液法
近年来,用W/O型乳液法制备超细粉体得以流行。它是由水、油(有机溶剂) 、表面活性剂及其助剂组成的透明或半透明的各向同性的热力学稳定体系,其中水被表面活性剂及其助剂单层包裹形成“微水池”,被用作反应介质,称其为“微型反应器”,通过控制微水池的尺寸来控制粉体的大小制备纳米粉体。下面简要介绍用微乳液法制纳米ZnO。（图1）
图 1 微乳液法制备纳米ZnO
颜肖慈等[25],以醋酸锌晶体、氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠、无水乙醇、甲苯、3次蒸馏水为原料,制得球形纳米ZnO粒子,其粒度分布均匀,平均粒径约为10 nm左右,但此方法制备的纳米ZnO团聚现象较为严重。冯洁等[26]以硝酸锌、碳酸钠为原料,阴离子表面活性剂为乳化剂,有机溶剂为分散剂采用乳化图1纳米ZnO制备法制备前驱物,热分解前驱物得到平均粒径为13. 5 nm的纳米ZnO。该技术的关键是制备微观尺寸均匀、可控、稳定的微乳液,此法有装置简单、操作容易、粒子均匀可控等诸多优点,已引起众多研究人士的关注。
传统的制备纳米ZnO的方法一般都具有原料成本高，进入工业化生产难度较大，操作要求高，粉体回收率低等缺点。本实验采用水热法制备纳米ZnO。水热法是指在高压釜中，对水溶液反应体系加热以生成高温高压环境，加速离子反应和水解反应，在水溶液或蒸气中制备氧化物，最终通过分离和热处理得到氧化物纳米粒子[27]。Li等[28]采用CTAB辅助水热法合成了ZnO纳米结构，并对温度对于晶体形态和性能的影响进行了研究。研究表明，反应温度为120℃时所制备的纳米ZnO为花状结构，而在反应温度150、180℃下所制备的产物为卷心菜状结构。李世帅等[29]以Zn(NO3)2和NaOH为原料，采用水热法在不同温度和反应时间下制备了纳米ZnO棒。研究表明，在200℃下反应时间25h时样品结晶最好，ZnO为棒状结构，平均直径约为30～40nm，长度约为300～400nm，且在376nm和500～600nm处有明显发射现象。水热法在制备纳米ZnO棒上相对于其他方法具有明显的优点，如操作简单，组成和纯度易于控制等，该法可直接制得结晶完好、原始粒度小、分布均匀、团聚少的纳米ZnO粉体。共制备工艺相对简单,无需煅烧处理，且具有一定的工业化潜力。