納米銀鈰氧化鋅復合材料X射線衍射和電子掃描電鏡分析

【核心介紹】采用直接沉淀法制備出平均粒徑大約為50 nm左右的Ag-Ce-ZnO納米復合材料，為了解決其團聚的問題，實驗中采用表面活性劑聚丙烯酸鈉（PAAS）處理納米復合材料。經表面活性劑處理后的納米復合材料平均粒徑大約為30 nm左右，實驗結果表明，表面活性劑PAAS的加入能夠有效的減小納米復合材料的平均粒徑，增加其產生的羥基自由基含量，使納米復合材料得到良好的分散。 　

納米銀鈰氧化鋅復合材料X射線衍射和電子掃描電鏡分析

郭強¹，石春卉²，張艷秋³，石琦¹，于連生¹，宋笛¹，秦宇珊¹，呂玉光¹*

（¹佳木斯大學 藥學院，黑龍江省佳木斯市, 154007，²佳木斯大學附屬第一醫院，黑龍江佳木斯市, 154002，³佳木斯大學附屬第二醫院，黑龍江佳木斯市, 154002）

 

摘  要：采用直接沉淀法制備出平均粒徑大約為50 nm左右的Ag-Ce-ZnO納米復合材料，為了解決其團聚的問題，實驗中采用表面活性劑聚丙烯酸鈉（PAAS）處理納米復合材料。經表面活性劑處理后的納米復合材料平均粒徑大約為30 nm左右，實驗結果表明，表面活性劑PAAS的加入能夠有效的減小納米復合材料的平均粒徑，增加其產生的羥基自由基含量，使納米復合材料得到良好的分散。

關鍵詞：納米復合材料；表面活性劑；聚丙烯酸鈉；平均粒徑；

中圖分類號： TB383

 

Analysis for X-ray Diffraction and Scanning Electron Microscopy of Composite Materials of Nano-Silver Cerium-Zinc Oxide

Guo Qiang¹, Shi Chunhui², Zhang Yanqiu³, Shi Qi¹,Yu Liansheng¹, Song Di¹,

Qin Yushan¹, Lv Yuguang^1*

（1 College of Pharmacy, Jiamusi University. Jiamusi City, Heilongjiang Province, P.R.China 154007，2 First Affiliated Hospital of Jiamusi University，Jiamusi City, Heilongjiang Province, P.R.China 154007，3 School of Stomatology, Jiamusi University, Jiamusi City, Heilongjiang Province, P.R.China 154007）

 

Abstract: Using direct precipitation preparation, the average particle size is about 50nm for Ag-Ce-ZnO nanoscale composite materials. In order to solve the problem of the aggregation, it is treated by surfactant sodium polyacrylate (PAAS) for nanoscale composites. After surfactant treatment, the average particle size of nanometer composite material is about 30nm. The experimental results showed that adding surfactant PAAS can reduce effectively the average particle size of nanometer composite material. Increasing the content of hydroxyl radicals, the nanometer composite materials is leaded to good dispersion.

Key words: nanoscale composites；the surfactant；sodium polyacrylate；average particle size

 

納米復合材料是近年來新興起的新一代功能材料，目前在包裝，建材，日用品，通訊等領域都有廣泛的應用，市場前景十分廣闊^[1]。然而由于納米復合材料微粒小，表面積大，表面活性高，在范德華力的作用下很容易自發團聚，團聚后就不能發揮應有的效果，需用表面活性劑打開團聚體^[2]，盡量以小顆粒分布在與其配伍的組分中，使其發揮優異性能。納米ZnO具有良好的光催化性能^[3-6]，納米銀和稀土元素的摻雜能有效的提高其光催化活性，從而產生更多的羥基自由基。目前羥基自由基測定方法主要有電子自旋共振法、高效液相色譜法、分光光度法、化學發光法和熒光光度法等。本文采用分光光度法^[7]和熒光光度法，分光光度法用亞甲基藍（MB）作為羥基自由基捕獲劑，亞甲基藍溶液在反應中消耗的濃度為亞甲基藍捕獲羥基自由基（MB-OH）的濃度，即為羥基自由基的濃度^[8]。熒光光度法用水楊基熒光酮（SAF）作為羥基自由基捕獲劑^[9]，水楊基熒光酮溶液濃度相同時，體系熒光強度越弱即體系產生的羥基自由基越多與水楊基熒光酮結合的越完全^[10-12]。

1 儀器和試劑

1.1 儀器和試劑

FA2004型精密電子天平，PHS-3C型數字酸度計，85-1型恒溫磁力攪拌器，DS-2510DTH型超聲儀，DZF-6020型真空干燥箱，sx2-8-16型管式電阻爐，3DMAX-ⅢC型X射線衍射儀，HITACHIS-4800型掃描電鏡。

六水合硝酸鋅（分析純），四水合硝酸鈰（分析純），硝酸銀（分析純），氫氧化鈉（分析純），無水乙醇（分析純全99.7%），實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 復合材料和樣品儲備液制備

1.2 1復合材料

稱取12.0 g六水合硝酸鋅溶于200 mL去離子水中，稱取硝酸銀0.12 g和四水合硝酸鈰0.12 g共同溶于剛配制好的硝酸鋅溶液中，于室溫下放在磁力攪拌器上攪拌至該混合溶液均一穩定。配制濃度一定濃度的氫氧化鈉溶液300 mL，于室溫下以較慢的速度分別滴于不停攪拌的混合溶液中，即可以得到白色沉淀。得到的沉淀用二次蒸餾水洗滌三次，用無水乙醇洗滌三次后，真空70 ℃干燥4小時得到前驅體，再放入管式電阻爐中400 ℃退火4小時，即得摻雜Ag和Ce的納米氧化鋅粉體。

1.2.2 樣品儲備液的制備

無表面活性劑樣品儲備液的制備，取Ag-Ce-ZnO樣品0.21 g，放入瑪瑙研缽中慢慢研磨30分鐘，用酸度計調整混合體系pH值約為7.5，定容至250 mL，室溫下磁力攪拌器中速攪拌15分鐘，再超聲分散30分鐘。室溫靜置4天后，取上清液1 mL定容到100 mL容量瓶中，作為儲備液。進行檢測時，可以分別對溶液稀釋到不同濃度。

PAAS分散樣品的儲備液的制備，取Ag-Ce-ZnO樣品0.21 g，放入瑪瑙研缽中慢慢研磨20分鐘，然后加入一定濃度的PAAS水溶液，繼續研磨10分鐘，其中PAAS的加入量為25％，用酸度計調整混合體系pH值約為7.5，定容至250 mL，室溫下磁力攪拌器中速攪拌15分鐘，再超聲分散30分鐘。室溫靜置4天后，取上清液1 mL定容到100 mL容量瓶中，作為儲備液。進行檢測時，可以分別對溶液稀釋到不同濃度。

1.3 樣品的表征

1.3.1 X射線衍射分析

圖中a和b分別為分散前和加表面活性劑PAAS分散后Ag-Ce-ZnO樣品的XRD衍射圖譜，從圖中可以看出，樣品的XRD衍射圖譜2θ=31.75°，34.439°，36.251°，47.541°，56.553°，62.868°，66.386°，67.915°，69.055°，72.068°，76.954°，81.403°處的衍射峰是纖鋅礦型ZnO的特征峰，對應的晶面為(100)，(002)，(101)，(102)，(110)，(103)，(200)，(112)，(201)，(004)，(202)，(104)。樣品的XRD衍射圖譜可以觀察到少量的Ce與Ag的衍射峰，表明摻雜元素有少量以單質形式存在于材料中，有少量固溶于ZnO晶格中。通過Scherrer公式計算，(a)Ag-Ce-ZnO樣品平均粒徑大小約為50 nm左右，(b)Ag-Ce-ZnO樣品平均粒徑大小約為30 nm左右。表明表面活性劑PAAS的加入能夠有效的減小Ag-Ce-ZnO樣品的平均粒徑。

圖1分散前后Ag-Ce-ZnO樣品的XRD衍射圖

Figure 1 Dispersed Ag-Ce-ZnO samples before and after the XRD diffraction diagrams

 

1.3.2 電子掃描電鏡分析

圖2分散前后Ag-Ce-ZnO樣品電子掃描電鏡下的結構

Figure 2 Scattered around the structure of the Ag-Ce-ZnO sample under the electronic scanning electron microscopy (SEM)

圖a為未加表面活性劑Ag-Ce-ZnO樣品的電子顯微鏡掃描圖，圖中顆粒團聚明顯，大小分布不均勻，平均粒徑大約為50 nm左右。圖b為加表面活性劑PAAS分散后的樣品電子顯微鏡掃描圖，可以看出分散后顆粒均勻分散，顆粒大小基本均勻，平均粒徑大約為30 nm左右。樣品粒徑大小同Scherrer公式的預測值基本相符合。

2 結論

本文采用直接沉淀法制備出平均粒徑大約為50 nm左右的Ag-Ce-ZnO納米復合材料，為了解決其團聚的問題，實驗中采用表面活性劑聚丙烯酸鈉（PAAS）處理納米復合材料。經表面活性劑處理后的納米復合材料平均粒徑大約為30 nm左右，實驗結果表明，表面活性劑的加入可以減輕納米復合材料的團聚問題，減小其平均粒徑，產生更多的羥基自由基，在光催化性等方面都發揮良好的效果。

致謝

在此感謝黑龍江省教育廳科研項目(12541783), 佳木斯大學科研面上項目(JMSUJCMS 2016-013)和佳木斯大學研究生科技創新項目(YM2016_092)經費支助。

參考文獻

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