文摘

HDA-capped氧化锌纳米颗粒是由solvothermal方法使用不同极性的溶剂。大量的参数保持不变,如温度,压力,时间,和pH值而溶剂不同,即水、乙醇和丙酮。TEM是用于结构性质和形态如球体、棒、球和恒星得到乙醇,丙酮,和水,分别在一个给定的反应时间的15分钟。乙醇和丙酮给棒高纵横比的主要是因为燃料棒的长度。水和乙醇的羟基与纳米粒子的成核、生长,和终止引起nonspherical形状。羟基的不均匀的方式促进经济增长导致恒星和棒。氧化锌纳米颗粒的光学特性是典型的激子的高峰在368到374纳米的吸收光谱。粒子的XRD模式给了最稳定的氧化锌六角阶段,与高结晶度和101架飞机主要溶剂。

1。介绍

半导体纳米水平吸引了大量的种乐趣由于其独特的性质(1]。纳米颗粒的一个独特的特性是它们的大小相关的电气和光学特性称为量子限制效应(2,3]。氧化锌是为数不多的半导体量子限制效应。氧化锌是一种宽禁带(3.34 eV)材料,它发现在各领域的应用4]。它是一种环境友好的氧化,因为它的无毒性和吸收紫外线的能力范围。这是用作紫外线吸收剂在防晒霜和太阳能量转换(5]。

氧化锌的其他应用程序包括光伏设备,气体传感器,光催化,透明导电涂料,和静电传感器,4]。能够很好的证明,材料的形状和大小强烈影响材料的性质和应用(6- - - - - -9]。因此,多努力专用控制粒子的大小和形状;但是这仍然是一个挑战在合成化学家在纳米科学领域。不同的因素,如时间、温度、浓度、前兆,限制分子,据报道,溶剂等影响纳米颗粒的形状和大小(7,8]。

氧化锌是一种有趣的金属氧化物,因为它可以存在于不同的复杂形态(10,11]。我们在此报告的影响,溶剂效应对氧化锌纳米颗粒的形状。溶剂在反应中起关键作用;他们的温度控制提供了一种方式确定的最高温度会发生反应。氧化锌准备了不同的方法。小说的溶胶-凝胶技术的合成稳定的纳米级氧化锌胶体由wurzite水晶被报道Bahnemann et al。12和Spanhel和安德森13]。其他方法制备的金属氧化物半导体纳米粒子迄今报告包括double-jet降水(14),流经超临界水方法(FT-SCW) (15),和反向胶束(16]。合成前体的合成、单一来源的不同金属氧化物被报道Rochengerger et al。17)在一个金属铜铁试剂复杂充当单一来源为各种金属氧化物前体。solvothermal合成,溶剂作为反应介质,使结晶所需的温度相对较高的无机材料(18]。它已被证明是最有效的和最容易的方法,氧化锌纳米颗粒的生产。溶剂的选择用于反应报道影响氧化锌纳米颗粒形成的形状。地上和同事发现,通过使用不同链长度的有机溶剂,单一晶氧化锌纳米颗粒可以准备不同长宽比的18]。

另一个最近的工作solvothermal合成是林萍徐和同事报道。他们报告说,通过使用溶剂不同的饱和蒸汽压力形态如花椰菜、截断、六角、锥形、球形、棒、管状,小时玻璃氧化锌等溶剂四氢呋喃,癸烷、丙酮、乙醇、水和甲苯,分别19]。然而,形状达到使用传统的加热,微波加热也获得重要合成化学等由于其独特的效应快速、选择性加热、高反应速率,增加产品产量,节能,它已被用于合成氧化锌纳米颗粒(20.- - - - - -22]。以前十六烷基胺的混合物,通过热还原油酸的卤化锌superhydride据报道,紧随其后的是氧化生产氧化锌纳米晶体与low-size色散(23]。我们在此报告的影响,溶剂极性氧化锌纳米颗粒的形态和光学特性产生的微波辐射。

2。实验

2.1。材料

六水合硝酸锌(ZnNO3h·62O) 99%,氢氧化钠颗粒(氢氧化钠)、十六烷基胺()注重科技进步,乙醇,丙酮从Sigma-Aldrich试剂,使用前未经纯化。

2.2。氧化锌纳米颗粒的合成

氧化锌纳米颗粒的各种形态合成Bahnemann报告的使用方法等。12]。在一个典型的合成、2.5克,注重科技进步六水合硝酸锌(0.3米),和氢氧化钠(0.3米)准备通过溶解在丙酮、乙醇、去离子水被置于聚四氟乙烯反应容器的多波300。混合物在120°C的反应在所有溶剂介质为15分钟。

2.3。描述
2.3.1。光学性质

吸收光谱上获得Analytikjena Specord 50紫外可见分光光度计。粒子的溶解在甲醇和解决方案将被放置在一个夸脱试管1厘米的路径长度。珀金埃尔默LS 45使用荧光计的光致发光纳米粒子溶解在甲醇。

2.3.2。电子显微镜

透射电子显微镜在收购日立Jeol 100年代在80 keV操作。一滴纳米粒子溶解在甲醇被放在一个铜网格。

2.3.3。粉末x射线衍射

粉末样品的X射线衍射模式获得菲利普斯'Pert材料研究X衍射仪上使用二次全色盲者铜Kα辐射( = 1 。 5 4 0 6 0 在40 Kv / 50 mA)。在载玻片样本支持。采用掠入射角探测器测量角的2对2θ值在步骤0.05 10 - 80扫描速度为0.012。

2.3.4。傅里叶变换红外(FTIR)光谱

纳米粒子的红外光谱被记录在珀金埃尔默100红外光谱谱仪光谱。粉末样品放在样品持有人和光谱被记录。

3所示。结果和讨论

氧化锌纳米颗粒的合成是在各种方法研究影响前体、温度、时间、浓度对纳米颗粒的形态和性质。溶剂没有调查探索形态和光学性质的影响。工作中各种极性溶剂与不同程度。的一般形态从水获得媒体是星形的纳米粒子,和不同形态得到在溶剂丙酮、水和乙醇溶剂与前体的交互,硝酸锌盐在十六烷基胺稳定粒子的存在。微波技术是用来保证前体是溶于溶剂和十六烷基胺也允许动力学和热力学控制分散纳米粒子的生长。溶剂之间的相互作用、十六烷基胺和前体成为影响粒子的增长的关键。的基地氢氧化钠通常是氢氧化生成一个中间 Z n ( O H ) 4 2 − 在与锌盐反应(1)。氢氧化物的转化成氧化锌(2)是由过量的氢氧化钠存在的溶剂介质水、乙醇或丙酮。水最小溶解度在丙酮和乙醇溶度增加而注重科技进步,允许更多的粒子间相互作用和限制的分子: Z n 2 + + 4 O H − ⟶ Z n ( O H ) 4 2 − ( 1 ) Z n ( O H ) 4 2 − ⟶ Z n O ( 2 )

3.1。光学性质

氧化锌纳米颗粒的光学性质在乙醇溶剂图所示1(一)。氧化锌通常展览两个发射峰;是一个广泛的绿色排放在该地区500至530海里(10)这是由于氧空位。另给很多狭窄的紫外发射光谱带在400纳米左右,由于激子复合。一个定义良好的激子的峰值出现在368 nm,微蓝移相比,大部分出现在370海里。半导体纳米粒子的令人印象深刻的特性之一是能够发光的激发波长较短相当于吸收,电子从价带提升到传导带,和放松光子发射。

(一)
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(b)
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(c)
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图1
吸收和发射光谱的氧化锌纳米颗粒合成乙醇(a)、丙酮(b)、水(c)在120°c和15分钟的时间在微波。

402纳米的发射峰与相对应的激子复合氧化锌的带边发射(图1(一))。最大发射波长红移的吸收峰,这是一个典型的well-passivated纳米粒子的特性。氧化锌纳米颗粒的吸收光谱在丙酮呈现在图1 (b)。激子的峰值出现在369 nm,比大部分蓝移。蓝色的转变是由于粒子纳米政权表现出量子限制效应。光致发光光谱显示广泛的发射由于宽粒度分布。大型粒子大小和形状的粒子在水作为溶剂合成吸收峰(图的外观的影响1 (c))。对水的吸收峰也更尾矿的峰值相比,丙酮和乙醇。

3.2。结构特性
3.2.1之上。TEM和红外光谱分析

烷基含溶剂,乙醇,丙酮,棒和球形成的混合物。据报道,有机溶剂促进形成的球和棒19];因此观察到类似的趋势与乙醇和丙酮(数字2(一个),2分别(b, c))。粒子时形成乙醇作为溶剂在图2(一个)有球从20到60 nm和棒8-60的长宽比。由于纳米粒子是如此之小,他们非常不稳定,容易结块。多年来这一问题已经被使用的有机分子克服将介绍粒子之间的位阻从而防止结块。十六烷基胺()注重科技进步已经被证明是一个很好的覆盖剂。多才多艺的,移动到容易添加单体,但足够稳定,防止结块(6]。即使是一个很好的限制代理注重科技进步,粒子获得的乙醇似乎凝聚。能够很好的证明,氧化锌包含0001年增长最快的计划。因此在反应的开始,球体形成含有高能0001。因为能源、高伸长的速度比其他飞机的飞机到棒的形成(24]。

(一)
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(b)
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图2
TEM图像合成氧化锌纳米粒子的各种溶剂、乙醇(a)、丙酮(b, c)和水(d)在120°c和15分钟的时间在微波。

粒子形成丙酮(数字2 (b)和2 (c))球体大小从45到100纳米棒和长宽比的范围从37到94年,颗粒大,超过这些形成的乙醇。比乙醇丙酮沸点最低;因此粒子形成丙酮被加热到一个较低的温度,因为低介电常数与乙醇相比,它至少进行交互与微波的电磁辐射。因此粒子形成丙酮将小得多。长棒也形成于丙酮现象建立起诉solvothermal合成不含酒精的溶剂时(25氧化锌纳米颗粒。影响长棒的形成可能造成的one-dimensionality。注重科技进步的互动与胺组众所周知,注重科技进步促进经济增长以及一架飞机通过结合NH间相互作用2组和氧化锌纳米颗粒。因此在注重科技进步丙酮在给定的温度下的溶解度(120°C)允许球和棒的形成在微波治疗。使用水作为溶剂,星形的粒子形成(图2 (d))。星形的纳米颗粒也被报道使用常规加热;其形状是由于几个核的聚结和水形成的星形粒子的趋势(24]。

在正常情况下,不会溶于水;注重科技进步然而微波可能诱发水注重科技进步因此限制粒子的溶解。确认钝化粒子在水中形成的,注重科技进步使用IR。的红外光谱图3照亮在氧化锌纳米颗粒的分子的进化。在只注重科技进步,峰值为3181.87 -3336厘米−1是由于h伯胺的伸展。碳氢键和C-N-H拉伸出现在2850和2916厘米−1。在氧化锌封顶,注重科技进步- h振动消失,峰值拓宽;这可能由于哦拉伸的氧化锌纳米颗粒表面的水。碳碳(714.8厘米−1)和CH2摇(1454.3厘米−1)振动是高度紧张由于大量的CH注重科技进步2的分子结构中,注重科技进步然而氧化锌纳米粒子的引入削弱了山峰。存在类似的山峰ZnO-HDA和不能确切表示注重科技进步与注重科技进步氧化锌纳米颗粒之间的相互作用但它确实表明样本中注重科技进步的存在。


图3
氧化锌纳米粒子的红外光谱谱合成中使用硝酸锌水在120°C和15分钟的时间在微波。
3.2.2。XRD分析

确认纯洁和确定粒子的阶段,使用x射线衍射测量。XRD衍射峰与六角相氧化锌扯上了关系。丙酮和乙醇(图的形态4)也有类似的衍射模式除了由于他们的随机取向的相对强度。XRD对水索引模式纯氧化锌六角阶段没有任何痕迹的硝酸锌,而乙醇和丙酮展示一些杂质带星号。杂质来自未反应的硝酸锌;然而山峰广泛在溶剂水相比狭窄和更强烈的山峰。宽阔的峰值是由于粒子的小尺寸。


图4
XRD模式合成氧化锌纳米粒子使用硝酸锌在不同溶剂、水、丙酮,乙醇在120°C下微波和时间15分钟。

4所示。结论

氧化锌纳米颗粒的合成了十六烷基胺()注重科技进步和锌(不进行了3)2和氢氧化钠作为基丙酮、乙醇和水。乙醇的反应结果的形成棒和球的小尺寸对那些在丙酮作为溶剂在相似的条件下形成的。水作为溶剂形成高度结晶的星状氧化锌纳米颗粒。溶剂的影响被观察到的驱动的交互与氧化锌纳米颗粒增长注重科技进步与热力学和动力学控制被认为是在微波辐射下。溶剂的极性特征的主要因素,提出了影响氧化锌纳米粒子的成核和生长,因此,决定了形状、大小和长宽比的产品。

确认

工作进行的实验室在比勒陀利亚CSIR-NCNSM,约翰内斯堡大学化学技术,和瓦尔河科技大学。从国家获得金融支持研究基金会(NRF),南非。电子显微镜图像的测量单位威特沃特斯兰德大学的电子显微镜。