宫俊

硫化锌等级微球的液相合成与光催化性质研究

宫俊琰;蔡志安;肖雯春;汪胜;童志伟

【摘要】采用元水氯化锌和氨基硫脲作为前躯物,通过有机酸辅助的合成路线成功

获得高产量的硫化锌微球.丙二酸对于这种等级结构的微球的形成发挥了重要作用,

同时丙二酸的合适用量对于硫化锌微球的生成也是必需的.此外,对于形成的硫化锌

微球的光催化性质进行了研究,研究结果表明,这种材料在紫外光照条件下,表现出良

好的降解染料罗丹明B(RhB)的光催化活性.

【期刊名称】《淮海工学院学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2010(019)002

【总页数】4页(P45-48)

【关键词】硫化锌;微球;先催化性能

【作者】宫俊琰;蔡志安;肖雯春;汪胜;童志伟

【作者单位】淮海工学院,化学工程学院,江苏,连云港,222005;江苏省海洋资源开发

研究院,江苏,连云港,222001;淮海工学院,化学工程学院,江苏,连云港,222005;淮海

工学院,化学工程学院,江苏,连云港,222005;淮海工学院,化学工程学院,江苏,连云

港,222005;淮海工学院,化学工程学院,江苏,连云港,222005;江苏省海洋资源开发研

究院,江苏,连云港,222001;日本科学与技术振兴机构,日本崎玉县,川口市,332-0012

【正文语种】中文

【中图分类】O614.24

0引言

目前,材料化学家们非常关注如何通过“自下而上”的自组装方法来构筑拥有优越

物理性能的高度有序的无机等级微结毕业设计作品 构材料,从而进一步探索和开发这些等级微结

构材料在磁学、光学和电子学领域的应用[1],尤其是具有三维等级复杂结构的微、

纳米材料,因为它们潜在的应用已经成为一个非常令人关注的领域[2]。等级分层树

枝状的ZnO微晶结构[3]、多足状枝晶状的Cu(OH)2[4]、复杂的具有八面体孔洞

的CuS等级结构[5]以及其他材料已经成功合成出来。探索其他功能材料的等级结

构的构建已经成为非常热门的研究课题。

硫化锌是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,能带能量为3.6eV[6]。纳米硫化锌具有

独特的光电效应,在电学、磁学、光学、力学、催化等领域呈现出许多优异的性能,

因此关于硫化锌的研究引起了许多业内人士的注意[7]。最近的研究表明,硫多愁善感近义词 化锌球

状纳米材料在紫外(UV)下有很好的光催化性质[8]。作为光催化剂,复杂结构的纳米

材料,特别是三维结构,拥有较大的比表面积和较好的表面渗透性,易于实现高的能量

转换效率和大的聚光力,具有很好的应用前景[9]。因此,笔者预测等级结构的硫化锌

纳米材料可能具有更优异的光催化性质。

本文中,笔者报道采用无水氯化锌和氨基硫脲作为反应物,高产量的硫化锌微球通过

有机酸辅助的合成路线成功获得。丙二酸对于这种等级结构的微球的形成发挥了重

要的作用。对于形成的硫化锌微球的光催化性质同时进行了研究,研究结果表明,这

种材料在紫外光照的条件下,表现出良好的降解染料罗丹明B(RhB)的光催化活性。

1实验部分

试剂:无水氯化锌、氨基硫脲、丙二酸和氢氧化钠。所有试剂均购于上海化学试剂

公司,分析纯使用前没有纯化。

制备方法:丙二酸(0.5mmol)和氢氧化钠(NaOH,0.5mmol)加入到30mL去离子

水中,然后把无水氯化锌(ZnCl2,0.5mmol)和氨基硫脲(0.5mmol)加入溶液中。在

剧烈搅拌下,形成均匀的溶液。将溶液转入体积为45mL的聚四氟乙烯内衬中,加入

去离子水至高压釜内衬的80%,密闭在180℃保持12h。自然冷却至室温后,将白

色沉淀离心并用水和乙醇清洗多次。将样品放在真空干燥箱中,60℃干燥4h。

光催化性能测试:笔者利用300W氙灯发射出的紫外光做为光源来光照含有这种等

级结构硫化锌微球的RhB染料溶液,从而测试硫化锌微球的光催化活性。

首先,室温条件下在一个抒情作文500字 特定的反应容器中将10mg硫化锌微球分散在装有100

mL罗丹明染料的水溶液中(110-5mol/L)；然后,在光照之前将催化剂水溶液置于

暗处充分搅拌约15min,以保证反应物的完全溶解和催化剂的吸附和脱附的平衡,

RhB在光降解催化过程中的浓度利用紫外-可见光度计(ShimadzuUV-2500PC)

来测定。

2结果与讨论

2.1硫化锌等级结构微球的表征

产物的物相分析是通过X射线粉末衍射(XRD)进行的,仪器型号为日本理学Rigaku

D/max-rA多晶X射线衍射仪,采用高强度Cu-K线(=1.54178)和石墨单色器,

扫描速度为0.05/s。产品的XRD衍射花样如图1所示。所有的衍射峰都可以分

别指标到六方相硫化锌(JCPDS卡片NO.80-0007,a=3.777,c=6.188)。没有

其他的杂质峰,说明这种方法制备的产物纯度很高。

图1硫化锌等级结构微球的XRD衍射花样Fig.1XRDpatternoftheas-

preparedhierarchical3DZnSmicrospheres

产品的扫描电镜(SEM)照片清楚地表明产物由大量均一的等级结构硫化锌微球组成,

硫化锌微球的尺寸大体在1～2m(见图2a和图2b),该扫描照片是在JEOLJSM-

6700F下拍摄的。放大的SEM(见图2c)展示了每一个等级结构的微球是由平均尺

寸为200nm的纳米球组成。

已经有文献报道,羧酸根(—COOH)在水溶液里对于控制不同的微晶的形貌和结构

是有利的[10]。在这个反应体系中,丙二酸对于这种不寻常的等级结构硫化锌微球

的形成发挥了重要的结构导向作用。为了调查丙二酸的作用,笔者进行了对比实验。

使用盐酸代替丙二酸的对比实验表明,在无丙二酸存在的情况下,没有得到等级结构

的硫化锌微球,而仅仅获得了大小不等、尺寸为2～4m的微球(见图3)。

众所周知,丙二酸是一种具有较弱的电解能力的弱酸,因此它和等量的氢氧化钠可以

形成一个很好的缓冲溶液,在这个反应体系中,它可以为等级结构的硫化锌微球的形

成提供一个稳定的弱酸环境。在反应体系中,合适的pH可以有效地控制硫脲释放

S2-的速度,从而动力学控制生成硫化锌纳米球的速度以及组装成等级微球的速度。

因此,笔者推断羧酸根(5道变态智力题 —COOH)和体系合适的pH的共同作用对于等级结构的硫化

锌微球的形成发挥了非常重要的作用。

2.2光催化性质的研究

2005年,万利俊小组合成的具有良好单分散性和均匀性的硫化锌纳米颗粒显示出优

异的光催化性[8]。笔者合成的硫化锌等级制结构除具有良好的分散性和均匀性外

还有其他优点,比如高比表面积、表面渗透性、粗糙的表面,能够提供较多的分子吸

附点。因此,笔者有理由认为制备的硫化锌等级制结构有潜在的光催化性能。为了

探索这种moneyball 自组装等级结构的硫化锌微球在光降解有机染料方面的应用前景,笔者研

究了等级结构的硫化锌微球在光催化降解罗丹明B(RhB)染料方面的光催化活性。

图4是10mg硫化锌样品在紫外光下催化降解RhB染料水溶液(100mL,1.010-

5mol/L)时染料的紫外-可见吸收峰随时间的变化谱图。由图4可知,RhB染料在

553nm的吸收峰随着光照时间的延长而逐渐减弱。图5是在不同的实验条件下

RhB染料溶液的浓度随时间延长的变化曲线。同时,还可以看到溶液的粉红色随等

级结构硫化锌材料在水溶液中的光催化降解有机染料而逐渐褪去(见图6)。RhB染

料的吸收峰在45min光照后就会消失,这表明等级结构的硫化锌微球具有较好的

光催化活性。

3结论

笔者利用简单的丙二酸辅助合成的方法合成出具有等级结构的硫化锌微球,丙二酸

在这种特殊结构的形成和生长过程当中起到了重要的作用。此外,笔者还研究了合

成的硫化锌材料的光催化性质,该材料在紫外光下催化降解RhB染料水溶液方面表

现出优良的性能。因此,这种功能性的等级结构的硫化锌材料将会在半导体催化、

发光二极管以及纳米器件等方面有着潜在的应用前景。

参考文献:

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