纳米银铈氧化锌复合材料X射线衍射和电子扫描电镜分析

【核心介绍】采用直接沉淀法制备出平均粒径大约为50 nm左右的Ag-Ce-ZnO纳米复合材料，为了解决其团聚的问题，实验中采用表面活性剂聚丙烯酸钠（PAAS）处理纳米复合材料。经表面活性剂处理后的纳米复合材料平均粒径大约为30 nm左右，实验结果表明，表面活性剂PAAS的加入能够有效的减小纳米复合材料的平均粒径，增加其产生的羟基自由基含量，使纳米复合材料得到良好的分散。 　

纳米银铈氧化锌复合材料X射线衍射和电子扫描电镜分析

郭强¹，石春卉²，张艳秋³，石琦¹，于连生¹，宋笛¹，秦宇珊¹，吕玉光¹*

（¹佳木斯大学 药学院，黑龙江省佳木斯市, 154007，²佳木斯大学附属第一医院，黑龙江佳木斯市, 154002，³佳木斯大学附属第二医院，黑龙江佳木斯市, 154002）

 

摘  要：采用直接沉淀法制备出平均粒径大约为50 nm左右的Ag-Ce-ZnO纳米复合材料，为了解决其团聚的问题，实验中采用表面活性剂聚丙烯酸钠（PAAS）处理纳米复合材料。经表面活性剂处理后的纳米复合材料平均粒径大约为30 nm左右，实验结果表明，表面活性剂PAAS的加入能够有效的减小纳米复合材料的平均粒径，增加其产生的羟基自由基含量，使纳米复合材料得到良好的分散。

关键词：纳米复合材料；表面活性剂；聚丙烯酸钠；平均粒径；

中图分类号： 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

 

纳米复合材料是近年来新兴起的新一代功能材料，目前在包装，建材，日用品，通讯等领域都有广泛的应用，市场前景十分广阔^[1]。然而由于纳米复合材料微粒小，表面积大，表面活性高，在范德华力的作用下很容易自发团聚，团聚后就不能发挥应有的效果，需用表面活性剂打开团聚体^[2]，尽量以小颗粒分布在与其配伍的组分中，使其发挥优异性能。纳米ZnO具有良好的光催化性能^[3-6]，纳米银和稀土元素的掺杂能有效的提高其光催化活性，从而产生更多的羟基自由基。目前羟基自由基测定方法主要有电子自旋共振法、高效液相色谱法、分光光度法、化学发光法和荧光光度法等。本文采用分光光度法^[7]和荧光光度法，分光光度法用亚甲基蓝（MB）作为羟基自由基捕获剂，亚甲基蓝溶液在反应中消耗的浓度为亚甲基蓝捕获羟基自由基（MB-OH）的浓度，即为羟基自由基的浓度^[8]。荧光光度法用水杨基荧光酮（SAF）作为羟基自由基捕获剂^[9]，水杨基荧光酮溶液浓度相同时，体系荧光强度越弱即体系产生的羟基自由基越多与水杨基荧光酮结合的越完全^[10-12]。

1 仪器和试剂

1.1 仪器和试剂

FA2004型精密电子天平，PHS-3C型数字酸度计，85-1型恒温磁力搅拌器，DS-2510DTH型超声仪，DZF-6020型真空干燥箱，sx2-8-16型管式电阻炉，3DMAX-ⅢC型X射线衍射仪，HITACHIS-4800型扫描电镜。

六水合硝酸锌（分析纯），四水合硝酸铈（分析纯），硝酸银（分析纯），氢氧化钠（分析纯），无水乙醇（分析纯全99.7%），实验用水为二次蒸馏水。

1.2 复合材料和样品储备液制备

1.2 1复合材料

称取12.0 g六水合硝酸锌溶于200 mL去离子水中，称取硝酸银0.12 g和四水合硝酸铈0.12 g共同溶于刚配制好的硝酸锌溶液中，于室温下放在磁力搅拌器上搅拌至该混合溶液均一稳定。配制浓度一定浓度的氢氧化钠溶液300 mL，于室温下以较慢的速度分别滴于不停搅拌的混合溶液中，即可以得到白色沉淀。得到的沉淀用二次蒸馏水洗涤三次，用无水乙醇洗涤三次后，真空70 ℃干燥4小时得到前驱体，再放入管式电阻炉中400 ℃退火4小时，即得掺杂Ag和Ce的纳米氧化锌粉体。

1.2.2 样品储备液的制备

无表面活性剂样品储备液的制备，取Ag-Ce-ZnO样品0.21 g，放入玛瑙研钵中慢慢研磨30分钟，用酸度计调整混合体系pH值约为7.5，定容至250 mL，室温下磁力搅拌器中速搅拌15分钟，再超声分散30分钟。室温静置4天后，取上清液1 mL定容到100 mL容量瓶中，作为储备液。进行检测时，可以分别对溶液稀释到不同浓度。

PAAS分散样品的储备液的制备，取Ag-Ce-ZnO样品0.21 g，放入玛瑙研钵中慢慢研磨20分钟，然后加入一定浓度的PAAS水溶液，继续研磨10分钟，其中PAAS的加入量为25％，用酸度计调整混合体系pH值约为7.5，定容至250 mL，室温下磁力搅拌器中速搅拌15分钟，再超声分散30分钟。室温静置4天后，取上清液1 mL定容到100 mL容量瓶中，作为储备液。进行检测时，可以分别对溶液稀释到不同浓度。

1.3 样品的表征

1.3.1 X射线衍射分析

图中a和b分别为分散前和加表面活性剂PAAS分散后Ag-Ce-ZnO样品的XRD衍射图谱，从图中可以看出，样品的XRD衍射图谱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°处的衍射峰是纤锌矿型ZnO的特征峰，对应的晶面为(100)，(002)，(101)，(102)，(110)，(103)，(200)，(112)，(201)，(004)，(202)，(104)。样品的XRD衍射图谱可以观察到少量的Ce与Ag的衍射峰，表明掺杂元素有少量以单质形式存在于材料中，有少量固溶于ZnO晶格中。通过Scherrer公式计算，(a)Ag-Ce-ZnO样品平均粒径大小约为50 nm左右，(b)Ag-Ce-ZnO样品平均粒径大小约为30 nm左右。表明表面活性剂PAAS的加入能够有效的减小Ag-Ce-ZnO样品的平均粒径。

图1分散前后Ag-Ce-ZnO样品的XRD衍射图

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

 

1.3.2 电子扫描电镜分析

图2分散前后Ag-Ce-ZnO样品电子扫描电镜下的结构

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

图a为未加表面活性剂Ag-Ce-ZnO样品的电子显微镜扫描图，图中颗粒团聚明显，大小分布不均匀，平均粒径大约为50 nm左右。图b为加表面活性剂PAAS分散后的样品电子显微镜扫描图，可以看出分散后颗粒均匀分散，颗粒大小基本均匀，平均粒径大约为30 nm左右。样品粒径大小同Scherrer公式的预测值基本相符合。

2 结论

本文采用直接沉淀法制备出平均粒径大约为50 nm左右的Ag-Ce-ZnO纳米复合材料，为了解决其团聚的问题，实验中采用表面活性剂聚丙烯酸钠（PAAS）处理纳米复合材料。经表面活性剂处理后的纳米复合材料平均粒径大约为30 nm左右，实验结果表明，表面活性剂的加入可以减轻纳米复合材料的团聚问题，减小其平均粒径，产生更多的羟基自由基，在光催化性等方面都发挥良好的效果。

致谢

在此感谢黑龙江省教育厅科研项目(12541783), 佳木斯大学科研面上项目(JMSUJCMS 2016-013)和佳木斯大学研究生科技创新项目(YM2016_092)经费支助。

参考文献

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