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基本信息
- 項目名稱：
- 離子液體中不同長徑比氧化鋅納米棒的合成、形貌、形成機理及光學(xué)性質(zhì)的研究
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 不同長徑比的氧化鋅納米棒在離子液體 [CnMIM]+Br-（n=2,4,6,8）中低溫合成。所得氧化鋅納米棒表現(xiàn)出與缺陷相關(guān)的黃綠發(fā)光，對有機染料羅丹明B進行了六輪循環(huán)光催化降解，表現(xiàn)出高的催化活性。
- 詳細介紹：
- 1.氧化鋅(ZnO) 是一種重要的寬禁帶直接帶隙( Eg = 3.37eV) 半導(dǎo)體材料, 激子束縛能高達60 meV，具有優(yōu)異的壓電和光電性能。自從1991年Science報道了一維ZnO納米線可作為潛在的最小的激光光源以來，氧化鋅低維納米材料的研究倍受關(guān)注。 2.離子液體是指僅由陰陽離子組成并在較低溫度下(一般小于100oC) 呈液態(tài)的鹽。根據(jù)我們前期的研究工作發(fā)現(xiàn)，離子液體在制備形貌可控的半導(dǎo)體光催化材料中具有獨特的優(yōu)勢。首先，通過選擇恰當(dāng)?shù)年庪x子或微調(diào)陽離子的烷基鏈，將離子液體作為無機合成中一個孔徑可調(diào)的“軟模板”，能夠?qū)崿F(xiàn)實現(xiàn)材料比表面積、一次和二次粒徑分布、孔徑分布的有效調(diào)控。其次，離子液體具有較低的表面張力，可導(dǎo)致較高的成核速率，產(chǎn)生非常細小的粒子，特別在納米材料的合成中顯示出突出的優(yōu)點。 3.鑒于此，在控制合成方面，本工作首先通過選擇離子液體的陰離子或微調(diào)離子液體陽離子的烷基鏈，將離子液體作為孔徑可調(diào)的“軟模板”對氧化鋅半導(dǎo)體材料的形貌進行調(diào)控。我們首次通過調(diào)控咪唑基溴鹽離子液體[CnMIM]+Br- (n = 2, 4, 6, 8) 陽離子咪唑環(huán)1-位上的烷基鏈實現(xiàn)了對氧化鋅納米棒長徑比的控制（從40:1, 20:1, 10:1, 到 5:1）。我們將不同長徑比的氧化鋅納米棒對有機染料羅丹明B(10-5 mol/L)進行了光催化降解，并比較了光催化降解的效果。結(jié)果表明，經(jīng)不同時間紫外光照降解后，離子液體中合成的納米氧化鋅能有效完成對有機染料羅丹明B的光降解。特別是直徑為40-60nm，長度為200nm的短的氧化鋅納米棒（長徑比為5）表現(xiàn)出對羅丹明B溶液高的光催化降解活性。2011年，我們在J. Solid State Chem.上報道在離子液體[EMIM]+[BF4]-中實現(xiàn)了氧化鋅納米棒從一維到三維多層次結(jié)構(gòu)的組裝。 2008年，我們在國際著名刊物Inorg. Chem.上報道了咪唑基四氟硼酸鹽類離子液體咪唑環(huán)1-位及2-位取代基的變化對氧化鋅一維納米結(jié)構(gòu)形貌及光催化性能的影響，并闡述了氧化鋅在不同離子液體中的形成機理，這是關(guān)于在純的離子液體作溶劑的體系中離子液體結(jié)構(gòu)與納米氧化鋅形貌之間關(guān)系的首次系統(tǒng)性研究。2011年，我們在J. Solid State Chem.上報道了在離子液體[EMIM]+[BF4]-中實現(xiàn)了氧化鋅納米棒從一維到三維多層次結(jié)構(gòu)的組裝。盡管離子液體在無機合成方面取得一些進展，但是系統(tǒng)性研究離子液體陰陽離子結(jié)構(gòu)的調(diào)變對納米材料結(jié)構(gòu)及形貌調(diào)控的報道仍相對較少。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 根據(jù)我們前期的研究工作發(fā)現(xiàn)，離子液體在制備形貌可控的半導(dǎo)體光催化材料中具有獨特的優(yōu)勢。首先，通過選擇恰當(dāng)?shù)年庪x子或微調(diào)陽離子的烷基鏈，將離子液體作為無機合成中一個孔徑可調(diào)的“軟模板”，能夠?qū)崿F(xiàn)實現(xiàn)材料比表面積、一次和二次粒徑分布、孔徑分布的有效調(diào)控。其次，離子液體具有較低的表面張力，可導(dǎo)致較高的成核速率，產(chǎn)生非常細小的粒子，特別在納米材料的合成中顯示出突出的優(yōu)點。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 2011年，我們在J. Solid State Chem.上報道了在離子液體[EMIM]+[BF4]-中實現(xiàn)了氧化鋅納米棒從一維到三維多層次結(jié)構(gòu)的組裝。盡管離子液體在無機合成方面取得一些進展，但是系統(tǒng)性研究離子液體陰陽離子結(jié)構(gòu)的調(diào)變對納米材料結(jié)構(gòu)及形貌調(diào)控的報道仍相對較少。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 1.我們探索了離子液體作為一種離子型溶劑當(dāng)中無機納米材料的合成的新方法。 2.我們發(fā)現(xiàn)所合成的氧化鋅具有與離子液體中合成的低維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)出獨特的強而寬的綠光發(fā)光信號，該發(fā)射峰屬深能級發(fā)射, 與結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)。 3.能對有機染料羅丹明B溶液進行光催化降解，同時六輪循環(huán)光催化后發(fā)現(xiàn)仍具有較高的活性。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 氧化鋅(ZnO) 是一種重要的寬禁帶直接帶隙( Eg = 3.37eV) 半導(dǎo)體材料, 激子束縛能高達60 meV，具有優(yōu)異的壓電和光電性能。自從1991年Science報道了一維ZnO納米線可作為潛在的最小的激光光源以來，氧化鋅低維納米材料的研究倍受關(guān)注。在控制合成方面，本工作首先通過選擇離子液體的陰離子或微調(diào)離子液體陽離子的烷基鏈，將離子液體作為孔徑可調(diào)的“軟模板”對半導(dǎo)體材料ZnO的形貌進行調(diào)控。我們在紫外光照射下對有機染料羅丹明B進行光催化降解和六輪循環(huán)光催化降解，揭示了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、形貌與光催化性能之間的關(guān)系，探索開發(fā)新型可見光響應(yīng)高效光催化劑的新途徑。本工作對推進環(huán)境治理中有害物質(zhì)處理新技術(shù)的創(chuàng)新具有積極意義。
獲獎情況
- 美國固態(tài)化學(xué)，2010年影響因子2.36
鑒定結(jié)果
- 為SCI來源期刊
參考文獻
- 2010年影響因子2.36
同類課題研究水平概述
- Dupont J. 等人在離子液體[C4mim]+[PF6]-中合成了銥納米粒子，并且通過改變離子液體的陰離子來調(diào)節(jié)銥納米粒子的親水和疏水性質(zhì)。Zhou Y. 等人在離子液體[C4mim]+[BF4]-中合成了TiO2銳鈦礦納米晶體，并通過反應(yīng)限制納米晶的聚集，自組裝成介孔TiO2海綿狀球。Itoh H.等人在離子液體[C4mim]+[PF6]-中合成金納米粒子，通過改變離子液體的陽離子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)了金納米粒子的親水和疏水性質(zhì)。盡管離子液體在無機合成方面取得一些進展，但是系統(tǒng)性研究離子液體陰陽離子結(jié)構(gòu)的調(diào)變對納米材料結(jié)構(gòu)及形貌調(diào)控的報道仍相對較少。 2008年，我們在國際著名刊物Inorg. Chem.上報道了咪唑基四氟硼酸鹽類離子液體咪唑環(huán)1-位及2-位取代基的變化對氧化鋅一維納米結(jié)構(gòu)形貌及光催化性能的影響，并闡述了氧化鋅在不同離子液體中的形成機理，這是關(guān)于在純的離子液體作溶劑的體系中離子液體結(jié)構(gòu)與納米氧化鋅形貌之間關(guān)系的首次系統(tǒng)性研究。2011年，我們在J. Solid State Chem.上報道了在離子液體[EMIM]+[BF4]-中實現(xiàn)了氧化鋅納米棒從一維到三維多層次結(jié)構(gòu)的組裝。
