实验二十八　纳米氧化锌的制备与表征分析

【实验目的】

（1）了解纳米氧化锌的性质和制备方法。

（2）掌握纳米氧化锌产品的化学分析方法和物理表征方法。

【实验原理】

纳米氧化锌（ZnO）粒径介于1～100nm之间，是一种多功能性的新型无机材料。表现出许多特殊的性质，例如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等。利用其在光、电、磁、敏感等方面的功能，使其应用于陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域。

氧化锌的制备方法从传统原理上讲分为三类：即直接法（美国法）、间接法（法国法）和湿化学法；而从方式上讲有物理法、气相法和化学法。当前出售的超细纳米氧化锌产品都生产自气相法和湿化学法，关于此方面的研究也较多。

化学法又分为溶胶-凝胶法、醇盐水解法、直接沉淀法、均相沉淀法、微乳液法、水热合成法。因为这种方法对各组分的含量要求精确控制，可实现分子、原子水平上的均匀混合，通过工艺条件的控制可获得粒度分布均匀、形状可控的纳米微粒材料，它也是目前采用最多的一种方法。本实验采用沉淀法，以ZnCl2和H2C2O4为原料，ZnCl2和H2C2O4反应生成ZnC2O4·2H2O沉淀，经焙烧后得纳米氧化锌粉体。反应式如下：

ZnCl2+2H2O+H2C2O4ZnC2O4·2H2O+2HCl（1）

纳米材料的物相及形貌表征主要考虑颗粒的粒度以及表面特性，常用的仪器主要是粉末X射线衍射仪（XRD）和透射子显微镜（透射电镜，TEM）。

【实验仪器与试剂】

仪器：分析天平，托盘天平，电磁搅拌器，真空干燥箱，减压过滤装置，马弗炉，烧杯，X射线衍射仪，透射电镜，量筒（10mL，50mL），滴定管（25mL），锥形瓶（250mL），容量瓶（250mL），移液管（10mL），烧杯。

试剂：ZnCl2（s），H2C2O4（s），NH3·H2O溶液（1:1），NH3-NH4Cl缓冲溶液（pH=10），HCl溶液（6mol·L-1），蒸馏水，去离子水，铬黑T指示剂，EDTA标准溶液（0.005mol·L-1），无水乙醇。

材料：滤纸。

【实验步骤】

1.纳米氧化锌的制备

用台秤称取1.0gZnCl2于100mL小烧杯中，加50mL蒸馏水充分溶解，配制1.5mol·L-1的ZnCl2溶液。用托盘天平称取9g H2C2O4于50mL小烧杯中，加40mL蒸馏水溶解，配制2.5mol·L-1的H2C2O4溶液。

将上述两种溶液混合于250mL烧杯中，在电磁搅拌器上搅拌反应，常温下反应2h，生成白色ZnC2O4·2H2O沉淀。过滤，沉淀用蒸馏水洗涤干净，然后在真空干燥箱中于110℃下干燥（30min）。干燥后的沉淀置于马弗炉中，在氧气环境中于350～450℃下焙烧2h，得到白色（或淡黄色）纳米氧化锌粉。

2.产品质量分析

（1）氧化锌含量的测定。用分析天平准确称取0.13～0.15g干燥试样加于100mL小烧杯中，用少量蒸馏水润湿，加入5mL6molL-1HCl溶液，加热溶解后，定量转移到250mL容量瓶中，加去离子水稀释到刻度，摇匀。用吸量管取10.00mL试液于锥形瓶中，滴加1:1NH3·H2O至刚产生沉淀，然后加入10mL NH3-NH4Cl缓冲溶液、2滴铬黑T指示剂，用0.005mol·L-1EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色，即为终点，记录体积，平行测定3次，计算氧化锌的含量。

（2）粒径大小、晶形的测定。

①粒径的测定：先将样品用超声波在无水乙醇中分散，放大倍数为15万倍，然后利用透射电镜进行观测，确定样品粒径、形貌和粒径分布等。②晶体结构的测定。利用X射线衍射仪检测产品的XRD图谱，对照标准图谱，说明所得产物属于何种晶系，并计算晶粒的平均大小。

【数据记录与处理】

①计算产品氧化锌含量。

②根据透射电镜和X射线衍射图谱分析表征结果。

【思考题】

（1）本实验可否用ZnCO3代替ZnC2O4，为什么？

（2）ZnC2O4焙烧时为何需要O2？

【注意事项】

ZnC2O4·2H2O沉淀要冲洗干净，以保证纳米氧化锌的纯度。