试分析纳米氧化锌的制备及其光催化性能

加春阳

摘 要：纳米氧化锌是一种面向21世纪的半导体材料，在陶瓷、化工医药、生物等领域得到了广泛的使用。近年来，纳米氧化锌不断得到重视，对于纳米氧化锌的研究也逐渐增多，并且在试验中制备了不同结构的氧化锌材料，并研究了纳米氧化锌的性能。纳米氧化锌的重要作用使得对于纳米氧化锌的研究具有了非常重要的现实意义。本文将主要分析纳米氧化锌的特性、性质、应用和制备办法，以及它的光催化性能。

关键词：纳米氧化锌 制备 催化性能

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0099-01

纳米氧化锌由于具有粒径小、比表面积大的特点，具有宏观物体所不具有的量子尺寸效应、表面效应以及体积效应等。近年来，随着研究人员对纳米氧化锌的研究日益加深，发现纳米氧化锌在磁学、光学和力学等方面具有特殊的功能，其应用价值也不断得到重视和体现。纳米氧化锌的制备成为当前科研工作的热门话题，也关系着纳米氧化锌能否用于治理环境污染。因此，开展纳米氧化锌的制备以及催光性能的研究有十分重要的意义。

1 纳米材料的特性

1.1 表面效应

表面效应是指纳米材料性质上发生的变化，它是由表面原子和总原子数之比随着粒径的变化而引起的。一般说来，当粒径减小时，表面原子的数量会快速增加，并且会随着粒径的减小，表面的原子会越多。表面原子的悬空键增多，具有不饱和的性质，化学性能强，容易和其他原子相结合。随着表面能的增加，表面原子数增多，表面原子和总原子数之比不断增大，“表面效应”便相继产生。

1.2 体积效应

纳米粒子的尺寸和德布罗意波长相比，相似或者较小的时候，会破坏粒子周期性的边界条件，粒子的磁性、内压、热阻、熔点等发生了改变，这就是所谓的体积效应。

1.3 小尺寸效应

超微细粒的尺寸和光波波长、德布罗意波长以及透射深度等相比，尺寸相似或者较小，边界条件就会被破坏，导致非晶态粒子的表面原子密度变小，造成声、光、电、热等性能发生改变，这就是所谓的小尺寸效应。

2 纳米氧化锌的制备方法

纳米氧化锌的制作方法有多种，主要是分为物理法和化学法。物理法主要有熔融骤冷、重离子轰击和机械粉碎等，但由于物理法对设备的要求较高，制作的粉体的粒径较大等缺点，造成物理法应用范围较小。在实际的工业生产以及相关的研究领域一般采取的方法是化学法，分为固相法、液相法以及气相法。

2.1 物理法

物理法是纳米氧化锌的制作方法之一，主要包括机械粉碎法、塑性变形法。机械粉碎法是通过利用机器粉碎、电火花爆炸等方法，粉碎一般的氧化锌，张伟等人通过此法都得到了超微粉，这个方法虽然简单，但是耗能大、纯度低。塑性变形法是指在净静压作用下使得普通氧化锌发生严重变形。此法纯度较高，但是对生产设备提出了很高的要求。

2.2 化学法

（1）直接沉淀法。

在可溶性的盐液中，加入一定量的沉淀剂，沉淀后除去阴离子，然后经热分解得到纳米氧化锌，沉淀物的选择不同，沉淀产物就会不一样。常用的沉淀物为氨水、尿素等。

（2）均匀沉淀法。

通过一定的化学反应，使得溶液中的构晶微粒缓慢释放出来，在化学反应中，沉淀剂不会和被沉淀物发生反应，而会在整个化学反应中慢慢析出。常见的沉淀剂是尿素和六亚甲基四胺。

2.3 纳米氧化锌的制备

（1）仪器、材料准备。

制备过程中所需要的材料有：氢氧化钠、聚乙二醇、乙醇、醋酸锌、硝酸锰等均为分析纯。

制备过程所需要的仪器有：85-2型磁力搅拌器、KQ5200数控超声振荡器、JASCD-721紫外分光光度计等。

（2）制备过程。

在室温下，把0.5 mol/L醋酸锌与10mol/L的氢氧化钠混合配成溶液A，把一定量的环己烷、聚乙二醇以及蒸馏水按照一定比例混合配成溶液B，把1 mol/L的Mn（NO3）2与NaOH按照1∶2的比例混合溶于一定量的水中，配合成溶液C。然后将A、B、C三种溶液混合，利用超声波充分振荡，再装入高压反应釜，在180 ℃的恒温下，反应9个小时，自然冷却，再经过两次水洗和两次乙醇洗涤，最后在干燥箱中烘干。

2.4 光催化实验

准备两份一定容量（100 ml）浓度的的罗丹明B溶液，在这两份溶液中一份加入ZnO粉体，另一份什么都不加。溶液充分混合后，放在黑暗中预吸附一小时达到吸附平衡，然后用30 W/287 nm紫外灯照射，要求是光源距液面13 cm，间隔时间是30 min，然后取样离心除去ZnO，再用紫外可见光光度计在染料罗丹明B的吸收峰处测量吸光度的变化，依次，计算出降解率，查看光催化性能。

实验表明：罗丹明B的最大吸收峰达到554 nm。发现掺锰ZnO在紫外光照射条件下对罗丹明B有极好的降解效果，在4 h内降解率能达到92%，据此，表明本实验中制备的掺锰ZnO具有非常好的光催化性能。

3 纳米氧化锌的应用

纳米氧化锌有许多优点，稳定性较好、价格比较低廉，不会造成二次污染等，使其具有广泛的应用前景，尤其是在光催化剂、抗菌剂等方面，目前，纳米氧化剂在众多领域得到了广泛的应用，如国防、化工、核技术、航空等领域。

（1）橡胶轮胎的生产。

在橡胶制品的生产中，纳米氧化剂得到了充分的应用。一是纳米氧化剂可以作为硫化活性剂，纳米氧化锌可以实现和橡胶分子的有机结合，能够提高橡胶性能；二是纳米氧化锌是耐磨胶制品的原料，使用这种原料可以有效地防止老化、延长使用寿命、减少用量；三是纳米氧化锌还可以作为导电填料，用来研制导电性橡胶。

（2）油漆涂料。

纳米氧化锌在油漆涂料中得到了应用，由于纳米氧化锌具有异于普通氧化锌的特性。在应用过程中，利用纳米氧化锌制成的油漆涂料可以屏蔽紫外线，吸收红外线，杀菌防霉，被广泛的应用在建筑中。此外，它还具有增稠作用，有利于提高油漆颜料的稳定性。

（3）陶瓷材料。

在陶瓷材料中应用纳米氧化锌，可以使陶瓷材料具有自洁作用，能够抗菌除臭、自行分解有机物，在很大程度上提高了产品的质量。越来越多的陶瓷材料产品中应用纳米氧化锌，如，浴缸、墙壁、卫生间和地板砖等。此外，在玻璃中加入纳米氧化锌还可以具有抗菌、耐磨屏蔽紫外线的功能，制作的玻璃被用作汽车和建筑玻璃。

4 结语

纳米氧化锌由于其具有的优异特性和特殊性能，其重要性得到重视，在许多行业和领域得到了广泛的应用。纳米氧化锌是面向21世纪的半导体材料，研究纳米氧化锌的制备具有极其重要的现实意义。因此，应当加强对纳米氧化锌的研究。

参考文献

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