论文部分内容阅读
摘 要：本实验研究ZnS纳米线在不同介质中发光行为。经过实验结果证明，ZnS纳米线在0.1mol/L K2S2O8水溶液电化学发光强，而在碱性溶液和酸性溶液发光弱。
关键词：ZnS 纳米线 光学行为
一、前言
纳米材料及技术是本世纪材料科学领域的一个重要研究方向，已成为国际科学前沿和世界性的研究热潮[1-2]。已有的研究报道[3]表明，纳米材料具有独特的表面效应、体积效应及宏观量子隧道效应等，在电学、磁学、光学、力学、催化等领域呈现出许多优异的性能，有着广阔的应用前景。
同时，ZnS是一种过渡金属硫化物，是一种重要的化工原料、发光材料和半导体材料，纳米硫化锌因其特殊的性能，主要用于化学化工、国防军工、电子工业等诸多领域[7]。因此关于纳米硫化锌的研究引起了许多人的注意。本文对ZnS纳米线的光学行为做了研究。
二、实验部分
1实验设备
2实验药品
过硫酸钾、石墨粉、氢氧化钠、铝片、三氧化铬等药品均为市售
3试样制备
采用电化学沉积的方法来制备ZnS纳米线，主要是通过通过电解的原理将ZnNO3中的Zn2+和Na2S中的Na+电解出来沉积在多孔阳极氧化铝膜（Porous anodic aluminum oxide，AAO）模板上的纳米级的小孔里，再经过后续处理从而得到ZnS纳米线。
三、结果与讨论
1）ZnS纳米线与共反应试剂K2S2O8的电化学发光行为
在0.1mol/L的K2S2O8共反应试剂的水溶液中加入ZnS纳米线前后，用线性循环电位扫描法[8-9]研究了在Pt电极（其中两根铂丝分别作为工作电极和对极， Ag/AgCl为参比电极）上ZnS纳米线与共反应试剂的电化学发光行为。所得结果如图1所示。
图1分别是0.1mol/L K2S2O8水溶液在加入ZnS纳米线前后的电化学法光强度-时间图。由图1-a可知K2S2O8水溶液能够产生电化学发光，但发光现象很微弱，电化学发光分析法 （也称电致化学发光分析法，electrochemiluminescence or electrogenerated chemiluminescence，ECL）基本处于12左右。而在其中加入ZnS纳米线（图1b），发光信号强度较图1-a变化大，最大发光信号约在600左右。产生这一现象可能的原因是，在电化学发光过程中，S2O82-离子在阴极化扫描过程中被还原成一个不稳定的现象可能的SO4-.离子，如方程式（1）所示。而形成的SO4-.又因其具有强氧化性，对ZnS纳米线注入空穴，如方程式（2）所示。同时，ZnS纳米线还原产生了阴离子ZnS-.（3），注入的空穴和ZnS-.结合产生激发态的ZnS*（4），激发态的ZnS*回到基态产生光辐射（5）[4-5]。这个过程如下所示，
S2O82-+e- = SO42-+SO4-. （1）
SO4-.= SO42-+h+ （2）
ZnS + e- = ZnS-. （3）
ZnS-.+ h+ = ZnS* （4）
ZnS * → ZnS + light （5）
综上所述，我们认为ZnS纳米线改变了K2S2O8电化学发光过程中的发光体与单线态硫的存在状态，在600nm 处产生了强的发射峰。
2） ZnS纳米线在NaOH介质中的电化学发光行为
图2分别是ZnS纳米线在1.0mol/LNaOH水溶液中的电化学法光强度-时间图。由2-a可知NaOH相比于K2S2O8产生电化学发光现象相对较弱，ECL基本处于6左右。在1.0mol/L NaOH水溶液中加入ZnS纳米线（图 2-b），发光信号较图2-a变化较大，发光信号大约在250左右。由于在0.10 mol/L NaOH介质中，ZnS 纳米线的ECL过程自身进行还原，形成还原态的ZnS-˙如方程式（1）所示，同时，当进行正电位扫描后，ZnS 纳米线又经历一个氧化过程，形成氧化态的ZnS+˙如方程式（2）所示；还原态的ZnS-˙和氧化态的ZnS+˙ 共淹灭产生激发态的ZnS*，激发态的ZnS* 回到基态产生光辐射。
ZnS -˙ + ZnS+˙→ ZnS* （1）
ZnS* → ZnS+hν （2）
同时，ZnS纳米线加入以后，与NaOH产生化学反应，生成Zn（OH）2，容易产生钝化现象，这一现象的产生，减弱了发光现象，强度减弱，所以相比ZnS纳米线在K2S2O8水溶液发光现象要弱。
2） ZnS纳米线在H2SO4介质中的电化学发光行为
利用以铂为工作电极，铂丝为对极，Ag/AgCl为参比电极，用循环伏安法测试ZnS纳米线在1mol/L H2SO4溶液中电化学发光信号的变化。结果如图3所示：
从图3分析可以得到，铂电极在H2SO4不能产生电化学发光辐射；而ZnS纳米线在酸性介质H2SO4中能产生微弱的发光现象，这可能是由于ZnS纳米线在加入酸性介质后，强酸性环境改变它的表面结构状态。
四、结论
通过数据分析和讨论，发现ZnS纳米线在不同介质中发光行为不同。ZnS纳米线在0.1mol/L K2S2O8水溶液电化学发光强，而在碱性溶液和酸性溶液发光弱。这说明，ZnS纳米线在K2S2O8溶液中，它改变了K2S2O8中单线态硫的存在状态，在600nm 处产生了强的发射峰。■
参考文献
[1] 王淼， 李振华， 鲁阳等. 纳米材料应用技术的新进展[J]. 材料科学与工程， 2000， 18 （1）： 103-105.
[2] 刘珍， 梁伟， 许并社. 纳米材料制备方法及其研究进展[J]. 材料科学
关键词：ZnS 纳米线 光学行为
一、前言
纳米材料及技术是本世纪材料科学领域的一个重要研究方向，已成为国际科学前沿和世界性的研究热潮[1-2]。已有的研究报道[3]表明，纳米材料具有独特的表面效应、体积效应及宏观量子隧道效应等，在电学、磁学、光学、力学、催化等领域呈现出许多优异的性能，有着广阔的应用前景。
同时，ZnS是一种过渡金属硫化物，是一种重要的化工原料、发光材料和半导体材料，纳米硫化锌因其特殊的性能，主要用于化学化工、国防军工、电子工业等诸多领域[7]。因此关于纳米硫化锌的研究引起了许多人的注意。本文对ZnS纳米线的光学行为做了研究。
二、实验部分
1实验设备
2实验药品
过硫酸钾、石墨粉、氢氧化钠、铝片、三氧化铬等药品均为市售
3试样制备
采用电化学沉积的方法来制备ZnS纳米线，主要是通过通过电解的原理将ZnNO3中的Zn2+和Na2S中的Na+电解出来沉积在多孔阳极氧化铝膜（Porous anodic aluminum oxide，AAO）模板上的纳米级的小孔里，再经过后续处理从而得到ZnS纳米线。
三、结果与讨论
1）ZnS纳米线与共反应试剂K2S2O8的电化学发光行为
在0.1mol/L的K2S2O8共反应试剂的水溶液中加入ZnS纳米线前后，用线性循环电位扫描法[8-9]研究了在Pt电极（其中两根铂丝分别作为工作电极和对极， Ag/AgCl为参比电极）上ZnS纳米线与共反应试剂的电化学发光行为。所得结果如图1所示。
图1分别是0.1mol/L K2S2O8水溶液在加入ZnS纳米线前后的电化学法光强度-时间图。由图1-a可知K2S2O8水溶液能够产生电化学发光，但发光现象很微弱，电化学发光分析法 （也称电致化学发光分析法，electrochemiluminescence or electrogenerated chemiluminescence，ECL）基本处于12左右。而在其中加入ZnS纳米线（图1b），发光信号强度较图1-a变化大，最大发光信号约在600左右。产生这一现象可能的原因是，在电化学发光过程中，S2O82-离子在阴极化扫描过程中被还原成一个不稳定的现象可能的SO4-.离子，如方程式（1）所示。而形成的SO4-.又因其具有强氧化性，对ZnS纳米线注入空穴，如方程式（2）所示。同时，ZnS纳米线还原产生了阴离子ZnS-.（3），注入的空穴和ZnS-.结合产生激发态的ZnS*（4），激发态的ZnS*回到基态产生光辐射（5）[4-5]。这个过程如下所示，
S2O82-+e- = SO42-+SO4-. （1）
SO4-.= SO42-+h+ （2）
ZnS + e- = ZnS-. （3）
ZnS-.+ h+ = ZnS* （4）
ZnS * → ZnS + light （5）
综上所述，我们认为ZnS纳米线改变了K2S2O8电化学发光过程中的发光体与单线态硫的存在状态，在600nm 处产生了强的发射峰。
2） ZnS纳米线在NaOH介质中的电化学发光行为
图2分别是ZnS纳米线在1.0mol/LNaOH水溶液中的电化学法光强度-时间图。由2-a可知NaOH相比于K2S2O8产生电化学发光现象相对较弱，ECL基本处于6左右。在1.0mol/L NaOH水溶液中加入ZnS纳米线（图 2-b），发光信号较图2-a变化较大，发光信号大约在250左右。由于在0.10 mol/L NaOH介质中，ZnS 纳米线的ECL过程自身进行还原，形成还原态的ZnS-˙如方程式（1）所示，同时，当进行正电位扫描后，ZnS 纳米线又经历一个氧化过程，形成氧化态的ZnS+˙如方程式（2）所示；还原态的ZnS-˙和氧化态的ZnS+˙ 共淹灭产生激发态的ZnS*，激发态的ZnS* 回到基态产生光辐射。
ZnS -˙ + ZnS+˙→ ZnS* （1）
ZnS* → ZnS+hν （2）
同时，ZnS纳米线加入以后，与NaOH产生化学反应，生成Zn（OH）2，容易产生钝化现象，这一现象的产生，减弱了发光现象，强度减弱，所以相比ZnS纳米线在K2S2O8水溶液发光现象要弱。
2） ZnS纳米线在H2SO4介质中的电化学发光行为
利用以铂为工作电极，铂丝为对极，Ag/AgCl为参比电极，用循环伏安法测试ZnS纳米线在1mol/L H2SO4溶液中电化学发光信号的变化。结果如图3所示：
从图3分析可以得到，铂电极在H2SO4不能产生电化学发光辐射；而ZnS纳米线在酸性介质H2SO4中能产生微弱的发光现象，这可能是由于ZnS纳米线在加入酸性介质后，强酸性环境改变它的表面结构状态。
四、结论
通过数据分析和讨论，发现ZnS纳米线在不同介质中发光行为不同。ZnS纳米线在0.1mol/L K2S2O8水溶液电化学发光强，而在碱性溶液和酸性溶液发光弱。这说明，ZnS纳米线在K2S2O8溶液中，它改变了K2S2O8中单线态硫的存在状态，在600nm 处产生了强的发射峰。■
参考文献
[1] 王淼， 李振华， 鲁阳等. 纳米材料应用技术的新进展[J]. 材料科学与工程， 2000， 18 （1）： 103-105.
[2] 刘珍， 梁伟， 许并社. 纳米材料制备方法及其研究进展[J]. 材料科学