氫氧化鋅超細納米線的形成機制及性質研究

《氫氧化鋅超細納米線的形成機制及性質研究》是依託吉林大學，由龐廣生擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：氫氧化鋅超細納米線的形成機制及性質研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：龐廣生
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

本項目擬開展氫氧化鋅超細納米線的形成機制及性質研究。製備較高純度與質量的氫氧化鋅超細納米線，通過對氫氧化鋅超細納米線形成過程的研究，揭示超細氫氧化鋅納米線與層狀氫氧化鋅結構的相關性。提出並驗證由二維結構到一維納米線的轉換規律與形成機制，探索全新的由大到小的製備低維納米材料的化學途徑。通過對納米線的表面結構及其吸附性質的研究，考察帶正電荷的納米線做為高效的陰離子吸附劑，以及在短鏈DNA提取等生物、醫藥領域的可能套用。

結題摘要

以層狀氫氧化鋅醋酸鹽納米帶作為前驅物，利用“自上向下”的製備方法，得到了直徑在3-5納米的超細納米線。探討了溫度對產物的影響，發現溫度過低或過高都不利於納米線的生成，只有在室溫下 (25 °C)才能得到納米線。為了解納米線的生成過程，研究了陳化時間對納米線生成的影響，發現比較適宜的陳化時間為2天，時間過短會導致反應不完全，生成的納米線數量較少；時間過長會轉化為氧化鋅納米棒。通過觀察TEM照片，發現一些納米線的尾部連線在一起，而且一些納米線仍然與片狀結構相連，初步認為納米線是由納米帶劈裂而成，HRTEM的結果確認存在有氫氧化鋅納米線向氧化鋅納米線轉化的過程，提出了形成氧化鋅納米線的相關機理，即氧化鋅納米線的形成是由於層間醋酸根的離去而導致層狀氫氧化鋅醋酸鹽納米帶發生劈裂的結果。在對層狀氫氧化鋅醋酸鹽與其他離子交換後產物的水解產物的形貌和結構進行研究過程中發現，與氯離子交換後的層狀氫氧化鋅鹽酸鹽產物水解後也可以生成納米線。由於層狀氫氧化鋅醋酸鹽及其陳化水解產物在水溶液中穩定性較差，我們嘗試在層狀氫氧化鋅醋酸鹽層板間引入其他金屬離子，提高其穩定性。研究結果表明，層板間引入銅離子可以獲得結構穩定的層狀化合物。對一系列具有不同Cu/Zn摩爾比的層狀氫氧化銅鋅醋酸鹽研究表明，其作為吸附劑對甲基橙水溶液的吸附能力有比較明顯的差別，具有相對較高比表面積的三維類花狀形貌的層狀氫氧化銅鋅醋酸鹽(Cu/Zn=2.47:1)作為吸附劑時，吸附容量最大可以達到847 mg/g。利用吸附等溫線、吸附動力學對吸附過程及機理做了研究，吸附除去甲基橙的實驗數據很好地符合Langmuir吸附等溫線，表明吸附位點是均相的，每個吸附點的能量相等且只吸附一個分子，吸附的分子間沒有相互作用。吸附動力學過程可以用準二級動力學模型來描述，這表明速率限制步驟是化學吸附過程。粒子內擴散模型對實驗數據進行擬合的結果是非線性的，說明層狀氫氧化銅鋅醋酸鹽吸附甲基橙的過程是一個複雜的過程，表面吸附和層間離子交換同時發生。