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以优化纳米材料性能为导向,有针对性地实现形貌、取向可控制备,是当前纳米材料研究的热点。本文以纳米氧化锌、硫化锌为研究对象,通过取向、比表面以及形貌的可控制备,实现了理化性能的调控。主要创新点如下:
1.提升纳米氧化锌表面活性,在催化吸附和微流体探测领域有重要前景。纳米氧化锌材料生长方向一般为[001]方向,高能面(001)面在生长过程中消失,外包络面通常为低能面,因而导致化学活性下降。为了解决这个问题,我们提出了用柠檬酸根修饰(001)面,抑制[001]方向生长,成功制备了高能面为外包络面的纳米片,实现了氧化锌纳米结构的取向可控。光催化测试表明活性得到提高。
2.增加比表面,是优化氧化锌化学活性的有效途经之一。本文提出了复杂形貌纳米氧化锌的合成方案。通过控制溶液的锌离子和柠檬酸根的浓度,分别制备了网状氧化锌球状结构以及螺旋状纳米片堆积结构。其中可控生长体现在两个方面:一是通过柠檬酸根对氧化锌极性面的修饰,实现了二维生长,氧化锌纳米片的外包络面为高能面;二是由于柠檬酸根离子的作用,控制了纳米片的堆积方式,自组织生成了网状氧化锌球状结构以及螺旋状的纳米片堆积结构,降低了体系自由能。这类复杂形貌的结构具有庞大的比表面,提升了其化学活性。光催化测试表明这些高比面积的氧化锌结构催化性能优于普通的氧化锌粉末。
3.纳米硫化锌具有良好的助燃性能,以优化该性能为导向,本文提出了通过增大比表面优化助燃性能的实验方案。通过添加适当微量的表面活性剂,调整硫源和锌源的浓度,有效地控制了纳米硫化锌颗粒的成核和生长。制备了在局部区域内无团聚的硫化锌纳米颗粒聚集体系,在聚集体系外围,由于没有表面活性剂的作用,纳米硫化锌沿着[001]方向择优生长。最后,构筑了芯部为纳米颗粒聚集体,外包为硫化锌纳米棒的芯壳结构,大大增加了该体系的比表面,优化了助燃性能。此外,片状纳米半导体材料在表面增强拉曼散射、气敏、生物医学、分子识别等方面具有重要用途。但是,目前片状硫化锌纳米结构可控合成的报道仍然很少,因此,我们还采用溶剂热法,通过控制混合溶剂的配比、添加表面活性剂以及锌离子摩尔数,成功制备了厚度、形貌可控的片状纳米硫化锌。