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氧化鋅納米材料制備及應(yīng)用研究(編輯修改稿)

2026-07-19 07:27 本頁面

　

【文章內(nèi)容簡介】 Z=2.最近，二維（2D）多孔 ZnO 納米薄片因其同時具有薄層形貌和多孔結(jié)構(gòu)，可以顯著地提高其在光致發(fā)光和氣敏元件應(yīng)用方面的性質(zhì)而備受矚目，相對于低維（1D 和 2D）結(jié)構(gòu)，三維（3D）結(jié)構(gòu)更易具有特殊的性質(zhì)，是目前研究的熱點[14]。納米氧化鋅是由極細晶粒組成、特征維度尺寸為納米數(shù)量級(1100nm)的無機粉體材料，與一般尺寸的氧化鋅相比，納米尺寸的氧化鋅具有小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，因而它具有許多獨特的或更優(yōu)越的性能，如無毒性、非遷移性、熒光性、壓電性、吸收散射紫外能力等[15]。這些特性的存在進一步推廣了氧化鋅的應(yīng)用，例如用作氣體傳感器、變阻器、紫外屏蔽材料、高效光催化劑等。[16]環(huán)境污染目前是在全球范圍內(nèi)廣受關(guān)注的問題。由于可揮發(fā)有機物(VOCs)廣泛應(yīng)用于染料、藥物、塑料、橡膠、室內(nèi)裝修等行業(yè)，與人們的日常工作和生活有著密切的關(guān)系。人吸入過量的VOCs，會導(dǎo)致或加重過敏、哮喘、癌癥、肺氣腫等癥狀的發(fā)生。特別是近年來，由于室內(nèi)裝修空氣質(zhì)量不合格而導(dǎo)致住戶死亡的報道屢見不鮮，人們對VOCs的檢測提出了新的更高的要求。納米材料的發(fā)展和應(yīng)用已成為氣敏材料的研究熱點，這是因為納米材料具有特殊的結(jié)構(gòu)和效應(yīng)，使其顯示出良好的氣敏特性。ZnO是最早使用的氣敏材料，與廣泛使用的SnO2相比，工作原理相同，檢測靈敏度較SnO2低，除此之外，其它性能并不遜色，而且還具有價格便宜，適宜制備等優(yōu)點。所以目前國內(nèi)外在這方面的研究很多。ZnO氣敏元件主要有燒結(jié)型、厚膜型、薄膜型三種。雖然目前薄膜型ZnO的研究非常活躍，但燒結(jié)型和厚膜型元件具有制作簡單、價格便宜和檢測方便等優(yōu)點，易于使用化，有很好的應(yīng)用前景，而這類元件都是以顆粒狀ZnO為基礎(chǔ)的，所以制備出納米級ZnO顆粒是制備氣敏元件的第一步。新疆大學(xué)應(yīng)用化學(xué)研究所沈茹娟等人以酒石酸和乙二胺甲基酸為原料，通過固相反應(yīng)法制備的氣敏材料氧化鋅，測試了材料在不同工作溫度下對乙醇、氨氣、液化石油氣的靈敏度。實驗結(jié)果表明，所合成的納米氧化鋅具有工作溫度低、對乙醇氣體靈敏度高的特點。[17]隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，一些化工廠、印染廠、造紙廠、洗滌劑廠、食品廠等工廠的有機物廢水排放越來越受到環(huán)境保護法規(guī)的制約，而目前常用的有機物廢水處理技術(shù)難以達到有效的治理。物理吸附法、混凝法等非破壞性的處理技術(shù)，只能將有機物從液相轉(zhuǎn)移到固相，不能解決二次污染問題。而化學(xué)、生化等處理技術(shù)除凈度低，廢水中有機物含量仍遠遠高于國家廢水排放標準。半導(dǎo)體多相光催化是近20年發(fā)展起來的新興領(lǐng)域，許多有機化合物如烴、鹵代烴、有機酸類、多環(huán)芳烴、取代苯胺、雜環(huán)化合物、表面活性劑、酚類、農(nóng)藥、細菌等都能有效地進行光催化降解反應(yīng)生成無機小分子。因反應(yīng)體系在催化劑作用下將吸收的光能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使許多難以實現(xiàn)的反應(yīng)在溫和的條件下順利進行，能量消耗低，不會產(chǎn)生二次污染，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，對解決日益嚴重的農(nóng)藥廢水污染問題極具有實用和推廣價值。目前，人們對納米TiO2催化劑進行廣泛的研究，主要集中在水中污染物的光催化降解中，如降解苯酚、有機磷農(nóng)藥、染料等。由于納米TiO2成本比較高、設(shè)備投資大等缺點，其應(yīng)用受到限制，而納米ZnO作為一種新型的功能材料，由于成本低廉，在光催化領(lǐng)域?qū)⒕哂泻芎玫膽?yīng)用前景。納米ZnO是一種很好的光催化劑，在紫外光的照射下，能分解有機物質(zhì)，能抗菌和除臭。水中的有害有機物質(zhì)如有機氯化物、農(nóng)藥、界面活性劑、色素等，用目前的水處理技術(shù)充分去除是困難的。近年來廣泛進行了把這些物質(zhì)用光催化劑分解處理的嘗試，已經(jīng)召開了幾屆有關(guān)這方面的國際會議。其中重要的光催化劑包括氧化鈦和氧化鋅等。氧化鋅作為光催化劑可以使有機物分解，研究表明，納米氧化鋅粒子的反應(yīng)速度是普通氧化鋅粒子1001000倍，而且與普通粒子相比，它幾乎不引起光的散射，且具有大的比表面積和寬的能帶，因此被認為是極具應(yīng)用前景的高活性光催化劑之一。[18]隨著科技的進步，社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，健康的生存環(huán)境日益成為人類的追求目標，環(huán)境保護問題已不可避免的越來越受到重視。抗菌(殺菌)陶瓷是一種保護環(huán)境的新型功能材料，是抗菌劑、抗菌技術(shù)與陶瓷材料結(jié)合的產(chǎn)物，也是材料科學(xué)與微生物學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，是利用高科技抑制和殺滅細菌，使傳統(tǒng)的產(chǎn)品增加科技含量的典型例證。它在保持陶瓷制品原有使用功能和裝飾效果的同時，增加消毒、殺菌及化學(xué)降解的功能，即它具有抗菌、除臭、保健等功能，從而能夠廣泛用于衛(wèi)生、醫(yī)療、家庭居室、民用或工業(yè)建筑，有著廣闊的市場前景，已成為

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