CN101550497A - 一步湿热法制备纳米银粒子包覆氧化锌复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一步湿热法制备纳米银粒子包覆氧化锌复合材料的方法。采用醋酸锌为反应前驱体，聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，在乙二醇溶剂中160℃回流合成得到微米级氧化锌颗粒，随即滴加硝酸银的乙二醇溶液并继续在160℃下回流，纳米银粒子即被还原并包覆在氧化锌颗粒表面，本发明制备方法简单，成本低，可控性好，该复合材料克服了ZnO在紫外光光照过程中容易发生光腐蚀现象的弊端，具有稳定性较高及光催化性能好等特点，对于光催化降解材料的发展具有参考价值。
Description
技术领域
本发明涉及材料制备技术，特别是涉及一种湿热法制备纳米银粒子包覆氧化锌复合材料的方法。
背景技术
光催化降解是20世纪80年代兴起的一种新型环境污染处理的方法，具有节能、高效、污染物彻底降解的优点。ZnO因兼有半导体光催化剂的光电效应和纳米材料的量子效应且制备成本较低而倍受关注，目前在污水处理、废气检测等方面报道相当活跃。但由于光照激发产生的空穴-电子对的分离效率低，难以取得满意的光催化效果。研究表明，在ZnO表面沉积贵金属Ag可以有效解决此问题，金属Ag可作为光生电子的有效陷阱，使ZnO导带上的光生电子向金属Ag上转移，因而Ag的引入可有效地减少光生电子和光生空穴的复合，从而增大ZnO的光催化效率。
目前报道的制备ZnO/Ag复合材料的主要方法有高分子凝胶法、浸渍光分解法、光还原沉积法、激光复合加热蒸发技术等。这些方法大多步骤繁多，制备出来的粒子粒径不可控，容易发生团聚现象，从而难以实现规模化生产。
许多文献报道了多种制备银纳米粒子与纳米ZnO的方法。目前，纳米ZnO主要采用化学法制备。化学法是在一定条件下，从原子或分子的成核，生成或凝聚为具有一定尺寸和形状的粒子，可以分为气相法、液相法和固相法。而银纳米粒子的制备则可利用AgNO3为银源，高温还原出各种形态的Ag纳米结构。在这些研究的基础上，通过调整醋酸锌和硝酸银加入反应釜的顺序和比例，即先生成一定量的氧化锌粒子，在同一体系中再还原出银纳米粒子并包覆在氧化锌上，由此生成银纳米粒子包覆氧化锌的ZnO/Ag复合材料。此方法制得的ZnO/Ag复合材料由于贵金属Ag粒子的存在使其具有更好的光催化效果，在废水处理等环保项目中有潜在的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供简便、低成本的一种制备ZnO/Ag复合材料的方法。
本发明采用的技术方案的步骤如下：
一、材料配比
浓度为99.0％的分析纯醋酸锌Zn(Ac)2·2H2O；
浓度为99.0％的分析纯硝酸银AgNO3；
分析纯聚乙烯吡咯烷酮PVP；
上述材料摩尔配比：Zn(Ac)2·2H2O∶AgNO3∶PVP为10∶2～5∶50；
以上试剂均没有经过纯化处理，
二、制备过程：
1)常温下分别配制0.1mol/L的Zn(Ac)2·2H2O乙二醇溶液，0.02～0.05mol/L的AgNO3乙二醇溶液以及0.5mol/L的PVP乙二醇溶液；
2)磁力搅拌下，将所配制的上述Zn(Ac)2·2H2O和总量三分之二的PVP乙二醇溶液同时以0.3ml/min的滴加速度注入已恒温在160℃的乙二醇的反应釜中，待上述溶液滴加完成后，混合液呈现乳白色；
3)磁力搅拌下，将上述AgNO3的乙二醇溶液和总量三分之一的PVP乙二醇溶液以0.3ml/min的速度滴加到步骤2所得的溶液中，滴加完成后溶液呈深褐色；将此溶液于160℃回流60～90min，回流结束后取出离心，去除上层液体。将离心所得粉体用丙酮反复洗涤、离心三次，然后置于干燥箱中干燥成固体粉末。
所述的乙二醇C2H6O2为分析纯；丙酮C3H6O为分析纯。
本发明具有的有益效果是：
采用化学法一步合成了银纳米粒子包覆氧化锌复合材料。通过先后添加醋酸锌和硝酸银到乙二醇中，在160℃左后回流60～90min即可得到ZnO/Ag复合材料。这种新型的制备方法简单，成本低，可控性好，该复合材料克服了ZnO在紫外光光照过程中容易发生光腐蚀现象的弊端，具有稳定性较高及光催化性能好等特点，对于光催化降解材料的发展具有参考价值。
附图说明
图1显示的是实施例1所制备的银纳米粒子包覆氧化锌混合粉体的TEM照片，图中可以看到纳米粒子均匀的附着在氧化锌粒子表面。
图2显示的是实施例1一个银纳米粒子TEM照片，纳米级银粒子呈球形，直径为18nm。
具体实施方式
实施例1：
1)常温下分别配制10ml 0.1mol/L的Zn(Ac)2·2H2O乙二醇溶液，5ml0.02mol/L的AgNO3乙二醇溶液以及15ml0.5mol/L的PVP乙二醇溶液；
2)将30ml的乙二醇添加到100ml的带有加热装置的三颈烧瓶中，加热待温度升到到160℃后在磁力搅拌下，将步骤1的10ml Zn(Ac)2·2H2O和10ml PVP的乙二醇溶液同时以0.3ml/min的速度滴加到烧瓶中，滴加完成后溶液呈现乳白色，保持溶液在160℃下回流10min。然后在磁力搅拌下以0.3ml/min的滴速继续向烧瓶中滴加步骤1中5ml的AgNO3乙二醇溶液和5ml的PVP乙二醇溶液，注入完毕后溶液呈现深褐色，保持溶液在160℃下回流90min；
3)反应结束后向混合溶液中加入5～10倍体积丙酮然后于10000rpm的离心机中离心30min，去掉上层溶液，下层固体用丙酮洗涤3次后真空干燥，所得的白色粉末即ZnO/Ag复合材料粉体。将该白色粉末超声处理分散在甲苯中，然后将溶液滴于镀有碳膜的铜网上，室温干燥后用透射电子显微镜(TEM型号为JEOL200CX)观察。
实施例2：
1)常温下分别配制10ml 0.1mol/L的Zn(Ac)2·2H2O乙二醇溶液，5ml0.03mol/L的AgNO3乙二醇溶液以及15ml 0.5mol/L的PVP乙二醇溶液；
2)将30ml的乙二醇添加到100ml的带有加热装置的三颈烧瓶中，加热待温度升到到160℃后在磁力搅拌下，将步骤1的10ml Zn(Ac)2·2H2O和10ml PVP的乙二醇溶液同时以0.3ml/min的速度滴加到烧瓶中，滴加完成后溶液呈现乳白色，保持溶液在160℃下回流10min。然后在磁力搅拌下以0.3ml/min的滴速继续向烧瓶中滴加步骤l中5ml的AgNO3乙二醇溶液和5ml的PVP乙二醇溶液，注入完毕后溶液呈现深褐色，保持溶液在160℃下回流90min；
3)反应结束后向混合溶液中加入5～10倍体积丙酮然后于10000rpm的离心机中离心30min，去掉上层溶液，下层固体用丙酮洗涤3次后真空干燥，所得的白色粉末即ZnO/Ag复合材料粉体。将该白色粉末超声处理分散在甲苯中，然后将溶液滴于镀有碳膜的铜网上，室温干燥后用透射电子显微镜(TEM型号为JEOL200CX)观察。
实施例3：
1)常温下分别配制10ml 0.1mol/L的Zn(Ac)2·2H2O乙二醇溶液，5ml0.05mol/L的AgNO3乙二醇溶液以及15ml 0.5mol/L的PVP乙二醇溶液；
2)将30ml的乙二醇添加到100ml的带有加热装置的三颈烧瓶中，加热待温度升到到160℃后在磁力搅拌下，将步骤1的10ml Zn(Ac)2·2H2O和10ml PVP的乙二醇溶液同时以0.3ml/min的速度滴加到烧瓶中，滴加完成后溶液呈现乳白色，保持溶液在160℃下回流10min。然后在磁力搅拌下以0.3ml/min的滴速继续向烧瓶中滴加步骤1中5ml的AgNO3乙二醇溶液和5ml的PVP乙二醇溶液，注入完毕后溶液呈现深褐色，保持溶液在160℃下回流90min；
3)反应结束后向混合溶液中加入5～10倍体积丙酮然后于10000rpm的离心机中离心30min，去掉上层溶液，下层固体用丙酮洗涤3次后真空干燥，所得的白色粉末即ZnO/Ag复合材料粉体。将该白色粉末超声处理分散在甲苯中，然后将溶液滴于镀有碳膜的铜网上，室温干燥后用透射电子显微镜(TEM型号为JEOL200CX)观察。
Claims (2)
1、一种一步湿热法制备纳米银粒子包覆氧化锌复合材料的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
一、材料配比
浓度为99.0％的分析纯醋酸锌Zn(Ac)2·2H2O；
浓度为99.0％的分析纯硝酸银AgNO3；
分析纯聚乙烯吡咯烷酮PVP；
上述材料摩尔配比：Zn(Ac)2·2H2O∶AgNO3∶PVP为10∶2～5∶50；
以上试剂均没有经过纯化处理；
二、制备过程：
1)常温下分别配制0.1mol/L的Zn(Ac)2·2H2O乙二醇溶液，0.02～0.05mol/L的AgNO3乙二醇溶液以及0.5mol/L的PVP乙二醇溶液；
2)磁力搅拌下，将所配制的上述Zn(Ac)2·2H2O和总量三分之二的PVP乙二醇溶液同时以0.3ml/min的滴加速度注入已恒温在160℃的乙二醇的反应釜中，待上述溶液滴加完成后，混合液呈现乳白色；
3)磁力搅拌下，将上述AgNO3的乙二醇溶液和总量三分之一的PVP乙二醇溶液以0.3ml/min的速度滴加到步骤2所得的溶液中，滴加完成后溶液呈深褐色；将此溶液于160℃回流60～90min，回流结束后取出离心，去除上层液体。将离心所得粉体用丙酮反复洗涤、离心三次，然后置于干燥箱中干燥成固体粉末。
2、根据权利要求1所述的一种一步湿热法制备纳米银粒子包覆氧化锌复合材料的方法，其特征在于所述的乙二醇C2H6O2为分析纯；丙酮C3H6O为分析纯。
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