毕 业 论 文（设 计）用 纸
纳米氧化锌在电化学中的应用
纳米氧化锌具有极好的抗氧化性和抗腐蚀能力以及高熔点、良好的机电耦合性及环保性。 纳米ZnO的制备方法
化学合成工艺在材料制备中有无可比拟的优越性：生产成本低，生长条件要求低，装置简单，操作便易，颗粒尺度小等。常见用来制备纳米 ZnO的化学方法有：沉淀法[9]、溶胶 - 凝胶法、乳胶法、水热合成法、热分解法、电化学沉积法、电泳法等，制备出的纳米 ZnO材料具有不同的晶形、颗粒大小、表面性质。另外，利用化学方法可有效对纳米 ZnO进行表面修饰，从而得到有新特性的纳米ZnO。 沉淀法
均匀沉淀法是利用化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放和沉淀出来。石西昌等人采用均匀沉淀法，在250 mL平底三口瓶中加人一定浓度的 Zn(NO3)2 250 mL、尿素 50mL，待达到反应温度时，加人一定量表面活性剂，反应3~5 h，得到前驱体。再将前驱体过滤、洗涤、蒸发、干燥，573~773 K左右，在马弗炉中焙烧 3h，制备得到了平均粒径在40~60 nm左右的纳米氧化锌。秦秀娟等人以 Na2CO3 为原料，CO(NH2)2 为沉淀剂制备得到平均粒径在 10~30 nm ZnO粉体，反应方程式如下： (1) CO(NH2)2+3H2 O→CO2↑+ 2NH3·H2O (2) 3Zn2++CO32-+4OH-+H2O→Zn3CO3(OH)4·H2O↓ (3) Zn3CO3(OH)4·H2O→3ZnO+3H2+CO2↑
易求实[10]等人使用氨水溶解硫酸锌，加人氢氧化钡沉淀分离硫酸根，得到了单组分的 Zn(NH3)4(OH)2溶液蒸发溶液得沉淀，将沉淀过滤并洗涤、进行热处理得纳米 ZnO粉体。纳米ZnO粉体通过XRD和TEM表征平均粒径是18 nm。 直接沉淀法制备纳米ZnO
李栋梁[11]等人用一定浓度的锌盐溶液，在磁力搅拌下迅速加人等摩尔的氢氧化钠溶液，并强烈搅拌，生成物用离心机进行离心，并用去离子水和无水乙醇进行洗涤，放人60 ℃的烘箱中进行干燥，得到前驱物。制得的前驱物置于一定温度条件下焙烧2 h，得到了2l~48 nm、27~51 nm的ZnO粒子。
工业上用锌焙砂的高温处理、酸溶浸出、除杂质、沉淀、洗涤、烘干、高温灼烧能得氧化锌粉体。
佳木斯大学教务处
第7页
毕 业 论 文（设 计）用 纸
李强[12]等人用2 mol/L的Na2CO3溶液300 mL在剧烈搅拌下与2 mol/L的Zn(CO3)2溶200 mL反应获得前驱体—碱式碳酸锌沉淀。所获得沉淀的洗涤采用两种工艺：蒸馏水洗和0.1 mol/L稀氨水洗涤，洗涤后的沉淀再用无水乙醇洗涤并烘干，经250 ℃锻烧后得10 nm左右的ZnO粉体。 溶胶—凝胶法
李旦振[13]等人将5.49 g二水合乙酸锌及250 mL无水乙醇(优级纯，并经镁粉进一步无水处理)加到500 mL圆底烧瓶中，加热回流30 min。自然冷却，取1.46 g LiOH·6H2O加人烧瓶中，超声溶解得到ZnO胶体。在80 ℃下，将ZnO胶体烘干。于马弗炉中以2 ℃/ min的升温速率在300 ℃、400 ℃、500 ℃条件下烧结干胶，即可得到约50 nm的ZnO粉体。
卢晓蓉[14]等人用以醋酸锌Zn(Ac)2·2H2O、草酸H2C2O4·2H2O和无水乙醇为原料，采用溶胶—凝胶方法，也制备获得了20 nm左右的ZnO粉体。 微乳液法制备
何秋星[15]等人将正己烷35 mL、乙醇10 mL、一定量表面活性剂(AEO3+AEO9)和ZnSO4水溶液置于烧杯中，搅拌得透明微乳液A。用NaOH代替ZnSO4按上述方法制得含NaOH水溶液的透明微乳液将微乳液 B。A、B采用双微乳液混合法按体积比为1：1.2比例混合，快速搅拌，生成了Zn(OH)2的白色沉淀。继续反应2 h后，将该体系移至老化锅并继续搅拌，在一定的温度下老化一段时问。分离沉淀并依次用无水乙醇及浓度为 2.1 mol/L的(NH4)2CO3，水溶液反复洗涤至pH =8.5，得前驱体Zn(OH)2。将该前驱体置于马弗炉内，在一定温度和时间内煅烧得产物为球形六角晶系结构，平均粒径27 nm，粒径尺寸分布范围较窄，99%的颗粒是纳米级范围的ZnO粉末。
崔若梅[16]等人利用适当比例的非离子表面活性剂吐温80、环己烷、水自发生成 W/O型微乳液也制得了25~30 nm的ZnO粉体。 水热合成纳米 ZnO
取适量ZnSO4·7H2O溶于300 mL二次去离子水中，得到澄清的溶液。用1:1的氨水调节 pH =7，得到白色浆状物，过滤，洗去将滤饼调成浆，在180 ℃，1 MPa压力下进行脱水、结晶反应，4~6 h后停止，经过滤、洗涤、烘干，得到平均粒径为30 nm的ZnO粉末。
商桑斌等人利用乙酸—乙酸钠作缓冲溶液，在硝酸锌溶液中加入适量尿素和少量有机物作分散剂，经均相成核、溶解与结晶、移入密封的压力容器，在130 ℃进行热压处理3~5 h。抽
佳木斯大学教务处
第8页
毕 业 论 文（设 计）用 纸
滤、用无水酒精洗涤，在50 ℃以下真空干燥得平均粒径为5 nm的ZnO。 水解加热法
将ZnCl2 盐和NaOH分别用蒸馏水配制成 Zn2+、OH-浓度分别为 0.1~2 mol/L和 0.16~5.0 mol/L的溶液；加热碱溶液至50~100 ℃，将锌盐液缓缓加入碱液中，保持该温度继续反应至l0~120 min；将得到的沉淀物多次洗涤、过滤至洗净为止；烘干即得20~30 nm的ZnO粉体。 超声辐射沉淀法纳米ZnO的制备
按物料配比(C2O42-与Zn2+物质的量的比为1.1:1)，将一定体积的0.5 mol/L Zn2+溶液置于薄壁烧杯中，在频率为 26~30 kHz的超声辐射下以1.0 mol/L的Na2C2O4溶液为沉淀剂，采用正加法加料，待反应完全后继续超声3~5 min，再依次经水洗，醇洗、过滤及真空干燥得ZnO前驱物粉体。选择适当温度，煅烧可得26 nm左右的ZnO粉体。 超临界流体干燥法制备纳米ZnO
张敬畅[17]等人报道的一种方是：配制Zn盐水溶液、室温搅拌加人适量分散剂、逐渐滴加氨水，直到预定的pH值。陈化得ZnO水凝胶。离心分离、用无水乙醇洗涤、交换，得Zn(OH)2醇凝胶。将醇凝胶转移至高压反应釜内，加入定量筛选好的表面活性剂，再加一定量乙醇，维持超临界状态温度0.5 h，缓慢释放流体后用N2，吹扫0.5 h，冷却至室温得到纳米ZnO粉体。在最佳条件Zn2+、氨水浓度为0.5 mol/L， pH = 9，4 ℃下陈化2 h，超临界干燥温度260 ℃，压力7.5 MPa。所得ZnO粉体粒径分布l0~15 nm，产率90%。 高分子网络凝胶法制备纳米ZnO粉料
邵忠宝等将Zn(NO3)2·6H2O(分析纯)配制成Zn2+浓度为0.2 mol/L的水溶液，用HNO3 (分析纯)将溶液的pH值调整为3。以丙烯酞胺(99.0% ) 为单体，N，N—亚甲基双丙烯酞胺(99.0%)为网络剂，添加于Zn2+溶液中，加热使其完全溶解，在引发剂作用下，80 ℃聚合2 h，得白色半透明的湿凝胶。将湿凝胶在100 ℃下干燥2 h，得干凝胶。将干凝胶放在马弗炉中在不同的温度下分解制备得到5~15 nm，产率 99.0%的ZnO粉料。 本论文的研究内容和意义
近年来，为了改善ZnO纳米材料的性能，除了控制材料的尺寸、结构外，通常采用第III、IV和V族元素如Al、Ga、In、Sn及Sb等进行掺杂。目前，已获得了多种掺杂氧化锌纳米结构形貌，对掺杂后的光致发光、场发射特性和磁性的研究证实了掺杂对氧化锌纳米材料光、电和磁性能有显著影响。
佳木斯大学教务处
第9页
毕 业 论 文（设 计）用 纸
本文将采用沉淀法制备Fe掺杂ZnO纳米粒子并对其进行表征，重点考察金属掺杂对样品的结构和性能的影响。通过探索材料制备过程中的变化机理和规律，不断改进制备工艺，从而制备具有特定结构的材料，提高材料的性能。为材料的进一步开发应用提供理论依据。
佳木斯大学教务处
第10页
毕 业 论 文（设 计）用 纸
1 仪器和试剂
1.1 仪器
电热鼓风干燥箱 箱式电阻炉 磁力加热搅拌器 电子天平
数显1011 万达仪器有限公司
SXO-5-10 天津市华北实型仪器有限公司 CJJ79-1 金坛市环保仪器厂
上海天精仪器有限公司
1.2 试剂
氢氧化钠 (分析纯) 碳酸氢铵(分析纯) 硝酸铁(分析纯) 硝酸锌 (分析纯)
天津市凯通化学试剂有限公司 天津市博迪化工有限公司 天津市光复精细化工研究所 天津市光复精细化工研究所
2 实验方法
2.1 Fe-ZnO纳米粒子的制备
采用共沉淀法合成Fe-ZnO纳米粒子，具体过程如下（图2-1）：
佳木斯大学教务处
第11页