la2o3對(duì)zno-sio2納米復(fù)合物結(jié)構(gòu)性能的影響

1、第2 2 卷 第4 期 V0 1． 22N o ． 4材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 報(bào) J o u r na l o fMa t e r i a l sS c i e n c e& E n g i n e e r i n g總 第 9 0期 A u g． 2 00 4文 章 編號(hào) ： 1 0 0 4 - 7 9 3 X( 2 0 0 4 ) 0 4 - 0 0 5 3 1 - 0 3L a 2 o 3 對(duì) Z n O- S

2、i O 2 納米復(fù)合物結(jié)構(gòu)性能的影 響 王 新 ， 趙 新 強(qiáng) ， 王 延 吉 ， 張繼 炎 ( 1 ． 河北 工 業(yè)大 學(xué)化 工 學(xué) 院綠 色化 工研 究所 。 天 津 3 0 0 1 3 0 ； 2 ． 天 津大 學(xué)化 3 - 學(xué) 院催化 科 學(xué)與 3 - 程 系 。 天 津 3 o o o 7 2 )【 摘 要】采用溶膠一凝膠法制備了 Z n O ． S i O和 Z n O —O一 S i 0 2 復(fù)合物 ， 通過(guò) T E

3、 M分 析發(fā)現(xiàn)其均為納米顆粒 ， 平 均粒徑分別為 4 5 n m和 3 5 n m； 通過(guò) 比表面及孔徑分布測(cè)定發(fā)現(xiàn) Z n O — S i O的比表面積高達(dá) 7 1 5 ． 5 f n 2 ／ g ，o ] 的加入使其比 表 面積 驟減 至 1 4 2 ． 5 f n 2 ／ g ， 平 均孔 徑 增 大 近 4倍 ， 孔 容 減 小 。 此 外 ， Z n O — S i O的 孔 徑 分 布較 窄 ， 從 1 ． 7 n m 到

4、 1 5 n m， 而 Z n O ．O． S i 0 2 的孔 徑 分 布變 寬 ， 從 1 ． 7 n m到 9 0 n m， 大 多數(shù) 孔 集 中在 1 5 ． 5 6 n m 左 右 。通 過(guò) X R D和 X P S 分 析 發(fā) 現(xiàn) Z n O 、O和 S i O ， 之間 存在 著較 強(qiáng) 的相 互 作用 ?！?關(guān)鍵詞】 納米復(fù)合物 ； 溶膠一凝膠法 ； 制備 ； 表征 ； 結(jié)構(gòu)性能 中圖分 類(lèi) 號(hào) ： T Q 2 0 3 ．

5、 2 ， T Q 2 2 3 ． 2 7文獻(xiàn) 標(biāo)識(shí) 碼 ： AEfe c to fLa 203o nS t r u c t u r eP r o p e r t i e so fZn O- S i O2Na n o c o mp o s i t e sWA N GX i n， Z H A O ) 【 i n ． q i a n g， WA N GY a n ． j i， Z H A N GJ i ． y a n 2( 1 ．I n s

6、t i t u t eo fGr e e nC h e m i c a lT e c h n o l o g y， He b e iUn i v e r s i t yo fT e ch n o l o g y ，T i a n j i n ，3 0 0 1 3 0；2 ． D e p a r t me n to fC a t a l y s i sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ， T

7、i a n j i nU n i v e r s i t y ， T i a n j i n ， 3 0 0 0 7 2 )【 A b s t r a c t 】 N a n o c o m p o s i t e so fZ n O — S i O 2a n dZ n O —O 3 一 S i O 2h a v eb e e np r e p a r e db ys o l — g e lp r o c e s s ． T E Mp

8、h o t o g r a p h ss h o wt h a ta l lo ft he ma r en a n o — me t e rs i z e dp a r t i c l e s ；a v e r a g ep a r t i c l ed i a me t e r sa r e4 5 n m a n d3 5 n m r e s p e c t i v e l y ．T h es p e c i f i cs u r

9、 f a c ea re ao fZ n O— S i 02n a n o c o mp o s i t ei s7 1 5． 5 m ／ g．T h ea d d i t i o no fO 3i n t oZ n O— S i 02n a n o c o mp o s i t ema k e st h es p e c i f i cs u r f a c ea r e al e s s e ns h a r p l yt o1

10、4 2． 5 m 2 ／g，t hea v e r a g ep o r es i z ei n c r e a s ea lmo s t4t i me sa n dt hep o r ev o l u med e c r e a s e．T h ep o r ed i a me t e ro fZ n O— S i 0 2n a n o c o mp o s i t er a n g e sf r o m 1 ． 7 n m t o

11、1 5 n m ， wh i l et hep o r es i z ed i s t r i b u t i o no fZ n O—O 3 一 S i O2n a n o c o mp o s i t eg e t smu c hwi d e r ，r a n g i n gf r o m 1． 7 n m t o9 0 n m ，a n dmo s to ft hep o r esa r ea r o u n d1 5． 5

12、6 n m ．XRDa n dXP Sa n a l y s e sp r ov et h a tt he r ea r e s t r o n gi n t e r a c t i o n sa mo n gZ n O，O3a n dS i 0 2．【 Ke yw o r d s 】n a n o c o m p os i t e ；s o l — g e lp r o c e s s ；p r e p a r a t i o n

13、；c h a ra c t e r i z a t i o n ；s t r u c t u r e p r op e r t i e s納米 粒 子具 有 優(yōu) 異 的 電學(xué) 、 磁 學(xué) 、 光 學(xué) 、 力 學(xué) 和化 學(xué) 等 特性 ， 因此 備 受關(guān) 注 。對(duì) 納米 顆粒 的 研究 主要 包 括制 備 、 微 觀結(jié) 構(gòu) 、 宏 觀 特 性 和 應(yīng) 用 等 四 個(gè) 方 面 ， 其 中制 備 方 法 是 關(guān) 鍵 。溶 膠 一凝膠 法 制

14、備 的 納 米 粒 子 具 有 微 粒 組 成 均 勻 、 純 度高 、 粒度 小且 分 布 窄 等 優(yōu) 點(diǎn) 。一 般 利 用 有 機(jī) 金 屬 醇 鹽 為 原料 ， 通過(guò) 水解 、 聚合 、 干燥 等 過(guò) 程 得 到 凝 膠 前 驅(qū)體 ， 再 經(jīng) 過(guò) 適 當(dāng) 的熱處 理得 到納 米粒 子 。L o r e n z等 先 制 備 Z n O膠 體 ，然后 利 用 四 甲氧 基硅 烷 的 水 解 和 縮 聚過(guò) 程 ， 并 采 用 在 超 臨

15、 界 C O條件 下 干 燥 的 方 法 得 到 了 Z n O摻 雜 的 s納 米 顆 粒 ， 但 未 給 出其物 理 特性 。C a n n a s 等 以硝酸 鋅 和 四甲氧 基 硅烷 為 原料 通 過(guò) 溶 膠 一 凝 膠 過(guò) 程 制 備 了 粒 徑 小 于 1 2 n m 的 Z n O — S i O ， 納 米復(fù)合 物 ， 并 進(jìn) 行 了 X R D ， T E M 和S iM A SN M R測(cè)定 ， 但未 給出比表面等數(shù)

16、據(jù) 。朱毅青 等 利用 溶膠一凝 膠 法制 備 了 C u O — Z n O ／ S i O 2 ． Z r 0 2 納 米金 屬 氧化 物 催 化劑 用 于 c加 氫合 成 甲醇反 應(yīng) ， 并 采 用 I R ， X R D ， T E M 和 B E T等 方 法 對(duì)其 結(jié)構(gòu) 和表 面 性能 進(jìn)行 了表 征 ， 顆粒 直徑 為 3 5 n m， 比表 面 在 2 4 0 - 4 6 4 ． 5 f n 2 ／ g之 間 。本文 采

17、用 包 括正 硅 酸 乙酯 的 水解 和 縮 聚 等 步 驟 的 溶膠 一 凝 膠法 制備 了 Z n O - S i 0 2 和 Z n O —o ] 一 s i o 2 納 米 復(fù)合 物 ， 利用 T E M、 X R D 、 B E T和 X P S等 技 術(shù) 分 析 了O 3對(duì) Z n O — S i 0 2納 米復(fù)合 物結(jié) 構(gòu) 性 能的 影 響 。1實(shí)驗(yàn) 部 分 1 ． 1 納米 復(fù) 合物 的 制備 以醋酸鋅 、 硝 酸鑭 和

18、正 硅 酸 乙酯 ( T E O S ) 為 原 料 ， 利 用 溶 膠 凝膠 法 先制備 s i o 2 與 醋 酸 鋅 、 硝 酸 鑭 的 復(fù) 合 物 ， 再 經(jīng) 粉 碎 和 高 溫 焙 燒 即 得 納 米 Z n OS i 0 2和 Z n O 一O 3 一 S i O顆 粒 收稿 日期 ： 2 0 0 3 — 0 8 — 1 1 ； 修訂 日期 ： 2 0 0 3 ． 1 2 — 0 8基金 項(xiàng) 目 ： 國(guó)家 自然科 學(xué)基 金

19、 ( 2 0 1 7 6 0 0 8 ) 和 河北 省 自然 科學(xué) 基金 ( 2 0 2 0 0 6 ) 資助 項(xiàng) 目作者 筒 介 ： 王瓶 ( 1 9 6 6 ． ) ， 男 ， 博 士 生 ，主要從事 納 米材料 的合 成研究 ．維普資訊 http://www.cqvip.com 第 2 2卷第 4 期 王 新 ， 等．o 3 對(duì) Z n O — S i O納米復(fù)合物結(jié)構(gòu)性能的影響·5 3 3 ·位移 了 3

20、． 2 5 e V和 2 ． 5 e V 。即 0 ，的加 入 使 鋅 和 鑭 原 子 的電子 云密 度 減 少 ， 說(shuō) 明有 電子 從 金 屬 向載 體 轉(zhuǎn) 移 ， 也 就 是說(shuō) 6 ． O x l 0 455 x l O 4薯 5 ． 0 x l O 44． 5 x l 0 44 ． 0 ~ 1 0 4O ． Ol 60． 0 0 40 ． 0 0 0P o r ed i a m e t e r ／ n m Z n O —o 3

21、 與 載體 S i O之 間發(fā) 生較 大 的相互 作 用 ， 從 而使 鋅 和 鑭 原子 的 電子 結(jié)合 能發(fā) 生 了變 化 。O ． O l 60 ． 0 O 4O． 0 o 0P o r e d i a m e t e r ／ n m 圖 3Z n O ． S i O 2 和 Z n O ． L a z 0 3 ． S i O 2 納 米復(fù)合 物 的孔徑 分布 F i g． 3P o r es i z edi s t r i b

22、 u t i o no fZn O- Si O2a n dZn O- L a 2 03S i O2n a n o c o mp o s i t e sB i n d i n gEn g r g y ／ e V Bi n d i n gE n g r g y ／ e V 圖 4Z n O ． S i O 2 、 Z n O ． L a z O 3 和 Z n O —O 3 - S i O 2 上 Z n2 p 3 ， 2 的 X P S

23、 譜 圖F i g． 4XPs p e c t r ao fZ n2 p 3 ， 2i nZn O- S i O2，Zn O— L a ~ 03a n dZ n O· L a 203 ‘ S i O2s a mp l e sBi n di n gE n e r g y ／ e V Bi n d i n gE n g r g y ／ e V Bi n d i n gEn e r g y ／ e V 圖 5Z n O ． L a

24、2 0 3 和 Z n O — L a 2 0 3 ． S i O 2 上 L 丑3 d 5的 X P S譜 圖Fi g． 5XPs p e c t r ao fL a3 d 5 ， 2i nZ n O- L a z03a n dZ n O— L a 203 ‘ S i O2s a mpl e s6結(jié) 論 采 用 溶 膠一 凝 膠 法 制 備 了 Z n O — S i O和 Z n O —o 3 一 S i O z納 米復(fù) 合物 ，

25、加入 o 3 使 Z n O — S i O平 均 粒 徑 有 所 減 小 ， 比表 面從 7 1 5 ． 5 m／ g 驟 減 至 1 4 4 ． 5 m／ g ， 平 均 孔 徑增 大 近 4倍 ，孔 容減 小 。Z n O ， S i O納 米復(fù) 合 物孔 徑分 布較 窄 ， 從 1 ． 7 n m到 1 5 n m； 而 的 加 入 使 Z n O ． S i O納 米 復(fù) 合物 孔 徑 分 布 變 寬 ， 從 1 ． 7

26、m 到 9 0 n m， 大多 數(shù)孔 集 中 在 1 5 ． 5 6 n m左 右 。綜 合 X R D和 X P S分析 結(jié)果 ， 說(shuō) 明 Z n O與 o 3 以及 Z n O —o 3 與 S i O之 間存 在較 強(qiáng) 的相 互作 用 。[ 2 ][ 3 ]參 考 文獻(xiàn) C ． L o r e n z ． A ．E m m e d i n g ，J ．F r i c k e ， e ta 1 ．[ J ] ． J ．N o n

27、— C r y s t ．S 0 l i d s ．1 9 9 8 ，2 3 8 ：1 ．C ． C a nn a s ， M． C a s u ， A ． L a i ， e ta 1 ． [ J ] ． J ． M a t e r ． C h e m ． ， 1 9 9 9 ，9：1 7 6 5．朱毅青 ， 馬 延風(fēng) ， 林 西 平 ， 等 ． [ J ] ． 催化學(xué) 報(bào) ，1 9 9 8 ，1 9 ( 5 ) ： 3 9 3 ．2