一种基于泽漆提取液低温燃烧合成Fe/ZnO纳米粒子的方法与流程

本发明涉及纳米氧化物制备技术领域，特别涉及一种基于泽漆提取液低温燃烧合成fe/zno纳米粒子的方法。

背景技术：

当今世界重大课题之一就是环境保护，环保问题也引起了世界各国人民的广泛关注。其中研究的热点之一是利用半导体材料处理有机污染物。zno是纤锌矿结构的直接带隙半导体材料，具有化学稳定性高、原料丰富、价格低廉、无毒无污染的优点，是一种绿色环保型材料。但是zno生成的光生“电子-空穴对”极易复合，导致其光催化活性大大降低。有研究表明过渡金属离子掺杂可以显著提高zno的光催化性能，其中又以fe离子的掺杂较为经济。

低温燃烧法是一种简单、简便的合成方法，它具有节省时间和节能的前景。与传统工艺相比，低温燃烧法利用氧化还原原理制备纳米氧化物，这种方法具有操作简单，制备的产品纯度较高，制备所需时间短，对环境更友好等优点。

本发明以泽漆代替传统的低温燃烧法中的有机燃料来合成复合纳米材料。泽漆是一种大戟科草本植物，分布于除新疆、西藏以外的全国各省区，使用泽漆作为原料具有来源广泛、绿色无污染、成本低等优点，这符合绿色化学的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种基于泽漆提取液低温燃烧合成fe/zno纳米粒子的方法，以克服现有技术上的缺陷，具有原料来源广泛、低成本、绿色环保等优点。

为实现该目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于泽漆提取液低温燃烧合成fe/zno纳米粒子的方法，采用低温燃烧法合成，低温燃烧法所采用的燃料为泽漆，合成方法具体步骤如下：

1)、采集泽漆地上部分，将其洗干净，烘干后磨成粉末，然后加水，超声波震荡后抽滤，再次烘干；

2)、将步骤1)得到泽漆粉末与适量的纯净水混合，得到浓度为0.02～0.1g/ml的泽漆提取液，低温保存；

3)、称取九水合硝酸铁和六水合硝酸锌共10mmol，加入50～100ml步骤2)得到的泽漆提取液；

4)、将步骤3)得到的混合液放置于坩埚中，加热搅拌，然后将坩埚放入恒温箱中进行加热；

5)、将坩埚转移至马弗炉中加热进行反应，然后随炉冷却，得到的黄色粉末即是fe/zno纳米粒子。

作为本发明的基于泽漆提取液低温燃烧合成fe/zno纳米粒子的方法的优选技术方案，制备方法中：

步骤1)中烘干温度为40～80℃，烘干时间为1～4h，超声波震荡时间为3～6h。步骤3)中fe的掺杂量为0～8mol％。步骤4)中加热温度为60～90℃，搅拌时间为2～8h，将坩埚放入200～350℃恒温箱中加热2～12h。步骤5)中将坩埚转移至350～500℃马弗炉中，保温4～8min，然后升至500～700℃时，保温3～6h，最后随炉冷却。

zno是一种新型的半导体材料，具有原料丰富、价格低廉、无毒无污染等优点，是一种绿色环保型材料。本发明为了进一步改进zno的光催化性能，采用以下两种方法：

1)、颗粒纳米化：使光催化反应发生在半导体表面，当光催化材料进入纳米尺寸后，就能降低光生电子与空穴从体内到体表的传输距离，因而它们复合的几率明显降低，因此提高了其光催化活性。

2)、金属离子的掺杂：研究表明适当的过渡金属离子的掺杂可以在半导体晶体中引起晶格缺陷，使之形成更多的光催化活性位。过渡金属掺杂一方面可以作为捕获中心，高于zn离子的金属离子捕获电子，低于zn离子的金属离子捕获空穴，从而抑制电子和空穴的复合；另一方面可以改变半导体的能带结构，更有利于吸收低能量光子，以增加光源的利用率，进而提高zno半导体光催化活性。

本发明用泽漆代替有机燃料采用低温燃烧法制备fe掺杂的zno纳米粉体，与现有技术相比，其有益效果表现在：

1)、在实现金属离子掺杂zno的基础上同时实现材料的纳米化。

2)、以泽漆代替传统的低温燃烧法中的有机燃料，具有原料来源广泛、低成本、绿色环保等优点。

附图说明

图1是本发明实施例1中制备纯zno的扫描电镜图。

图2是本发明实施例1中制备纯zno的xrd表征图。

图3是本发明实施例2中制备4％fe-96％zno(mol/mol)的扫描电镜图。

图4是本发明实施例2中制备4％fe-96％zno(mol/mol)的xrd表征图。

图5是本发明实施例3中制备8％fe-92％zno(mol/mol)的扫描电镜图。

图6是本发明实施例3中制备8％fe-92％zno(mol/mol)的xrd表征图。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步详细说明本发明的基于泽漆提取液低温燃烧合成fe/zno纳米粒子的方法。

实施例1

一种基于泽漆提取液低温燃烧合成zno纳米粒子的方法，步骤如下：

1)、采集泽漆(zq)地上部分，将其洗干净，40℃下烘干4h后磨成粉末，然后加水，超声波震荡4h后抽滤，60℃下再次烘干2h。

2)、将步骤1)得到泽漆粉末与适量的纯净水混合，得到浓度为0.05g/ml的泽漆提取液，放入冰箱(柜)低温保存。

3)、称取10mmol(2.9742g)的六水合硝酸锌，加入60ml步骤2)得到的泽漆提取液，其中，fe的掺杂量为0mol％，即未掺杂fe。

4)、将步骤3)得到的混合液放置于坩埚中，70℃下搅拌5h，然后将坩埚放入250℃恒温箱中加热8h。

5)、将坩埚转移至350℃马弗炉中，保温8min，然后升至600℃时，保温5h，最后随炉冷却，得到的粉末即是zno纳米粒子。

图1是本发明实施例1中制备纯zno的扫描电镜图，图2是本发明实施例1中制备纯zno的xrd表征图。通过图1可以看出，合成的粉末表面与内部存在大量微孔，具有泡沫结构，颗粒细小、均匀。结合图2的xrd图谱，其与六方晶系zno的标准卡片jcpdsno.36-1451相比较可知，在31.73°、34.36°、36.21°、47.47°、56.53°、62.75°、66.29°处有衍射峰出现，分别对应(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面，表明产物为六方晶系zno，产物纯度较高。根据scherrer公式计算得出zno纳米粒子的平均晶粒尺寸约为28nm。

实施例2

一种基于泽漆提取液低温燃烧合成fe/zno纳米粒子的方法，步骤如下：

1)、采集泽漆(zq)地上部分，将其洗干净，80℃下烘干1h后磨成粉末，然后加水，超声波震荡3h后抽滤，40℃下再次烘干4h。

2)、将步骤1)得到泽漆粉末与适量的纯净水混合，得到浓度为0.02g/ml的泽漆提取液，放入冰箱(柜)低温保存。

3)、称取0.4mmol(0.1647g)的九水合硝酸铁和9.6mmol(2.8576g)的六水合硝酸锌，加入100ml步骤2)得到的泽漆提取液，其中，fe的掺杂量为4mol％。

4)、将步骤3)得到的混合液放置于坩埚中，60℃下搅拌8h，然后将坩埚放入200℃恒温箱中加热12h。

5)、将坩埚转移至400℃马弗炉中，保温6min，然后升至500℃时，保温6h，最后随炉冷却，得到的黄色粉末即是fe/zno纳米粒子。

图3是本发明实施例2中制备4％fe-96％zno(mol/mol)的扫描电镜图，图4是本发明实施例2中制备4％fe-96％zno(mol/mol)的xrd表征图。通过图3可以看出，合成的粉末质地蓬松，呈絮状结构，颗粒细小、均匀。结合图4的xrd图谱，其与六方晶系zno的标准卡片jcpdsno.36-1451相比较可知，在31.78°、34.46°、36.62°、47.64°、56.88°、62.88°、68.32°处有衍射峰出现，分别对应(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面，表明金属离子4％fe-96％zno(mol/mol)的掺杂并未改变zno的晶型结构，它还是纤锌矿结构，属于六方晶系。根据scherrer公式计算得出此时掺杂的zno纳米粒子的平均晶粒尺寸为18nm。

实施例3

一种基于泽漆提取液低温燃烧合成fe/zno纳米粒子的方法，步骤如下：

1)、采集泽漆(zq)地上部分，将其洗干净，60℃下烘干3h后磨成粉末，然后加水，超声波震荡6h后抽滤，80℃下再次烘干1h。

2)、将步骤1)得到泽漆粉末与适量的纯净水混合，得到浓度为0.08g/ml的泽漆提取液，放入冰箱(柜)低温保存。

3)、称取0.8mmol(0.3238g)的九水合硝酸铁和9.2mmol(2.7367g)的六水合硝酸锌，加入80ml步骤2)得到的泽漆提取液，其中，fe的掺杂量为8mol％。

4)、将步骤3)得到的混合液放置于坩埚中，90℃下搅拌3h，然后将坩埚放入350℃恒温箱中加热4h。

5)、将坩埚转移至450℃马弗炉中，保温4min，然后升至700℃时，保温3h，最后随炉冷却，得到的黄色粉末即是fe/zno纳米粒子。

图5是本发明实施例3中制备8％fe-92％zno(mol/mol)的扫描电镜图，图6是本发明实施例3中制备8％fe-92％zno(mol/mol)的xrd表征图。通过图5可以看出，合成的粉体晶粒形状比较规则，而且结合紧密，成粒状结构，粒径较小，处于纳米级。结合图6的xrd图谱，其与六方晶系zno的标准卡片jcpdsno.36-1451相比较可知，在31.64°、34.54°、36.14°、47.46°、56.28°、62.96°、68.24°处有衍射峰出现，分别对应(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面，表明金属离子8％fe-92％zno(mol/mol)的掺杂并未改变zno的晶型结构，它还是属于六方晶系，产物纯度比较高。根据scherrer公式计算得出此时掺杂的zno纳米粒子的平均晶粒尺寸为69nm。

需要指出的是，本发明不仅仅限于以上列举的实施例，凡是能从本发明内容直接导出或启示联想得到的相关技术均应属于本发明涵盖保护的范围。