基本信息
- 项目名称：
- 离子液体中不同长径比氧化锌纳米棒的合成、形貌、形成机理及光学性质的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 不同长径比的氧化锌纳米棒在离子液体 [CnMIM]+Br-（n=2,4,6,8）中低温合成。所得氧化锌纳米棒表现出与缺陷相关的黄绿发光，对有机染料罗丹明B进行了六轮循环光催化降解，表现出高的催化活性。
- 详细介绍：
- 1.氧化锌(ZnO) 是一种重要的宽禁带直接带隙( Eg = 3.37eV) 半导体材料, 激子束缚能高达60 meV，具有优异的压电和光电性能。自从1991年Science报道了一维ZnO纳米线可作为潜在的最小的激光光源以来，氧化锌低维纳米材料的研究倍受关注。 2.离子液体是指仅由阴阳离子组成并在较低温度下(一般小于100oC) 呈液态的盐。根据我们前期的研究工作发现，离子液体在制备形貌可控的半导体光催化材料中具有独特的优势。首先，通过选择恰当的阴离子或微调阳离子的烷基链，将离子液体作为无机合成中一个孔径可调的“软模板”，能够实现实现材料比表面积、一次和二次粒径分布、孔径分布的有效调控。其次，离子液体具有较低的表面张力，可导致较高的成核速率，产生非常细小的粒子，特别在纳米材料的合成中显示出突出的优点。 3.鉴于此，在控制合成方面，本工作首先通过选择离子液体的阴离子或微调离子液体阳离子的烷基链，将离子液体作为孔径可调的“软模板”对氧化锌半导体材料的形貌进行调控。我们首次通过调控咪唑基溴盐离子液体[CnMIM]+Br- (n = 2, 4, 6, 8) 阳离子咪唑环1-位上的烷基链实现了对氧化锌纳米棒长径比的控制（从40:1, 20:1, 10:1, 到 5:1）。我们将不同长径比的氧化锌纳米棒对有机染料罗丹明B(10-5 mol/L)进行了光催化降解，并比较了光催化降解的效果。结果表明，经不同时间紫外光照降解后，离子液体中合成的纳米氧化锌能有效完成对有机染料罗丹明B的光降解。特别是直径为40-60nm，长度为200nm的短的氧化锌纳米棒（长径比为5）表现出对罗丹明B溶液高的光催化降解活性。2011年，我们在J. Solid State Chem.上报道在离子液体[EMIM]+[BF4]-中实现了氧化锌纳米棒从一维到三维多层次结构的组装。 2008年，我们在国际著名刊物Inorg. Chem.上报道了咪唑基四氟硼酸盐类离子液体咪唑环1-位及2-位取代基的变化对氧化锌一维纳米结构形貌及光催化性能的影响，并阐述了氧化锌在不同离子液体中的形成机理，这是关于在纯的离子液体作溶剂的体系中离子液体结构与纳米氧化锌形貌之间关系的首次系统性研究。2011年，我们在J. Solid State Chem.上报道了在离子液体[EMIM]+[BF4]-中实现了氧化锌纳米棒从一维到三维多层次结构的组装。尽管离子液体在无机合成方面取得一些进展，但是系统性研究离子液体阴阳离子结构的调变对纳米材料结构及形貌调控的报道仍相对较少。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 根据我们前期的研究工作发现，离子液体在制备形貌可控的半导体光催化材料中具有独特的优势。首先，通过选择恰当的阴离子或微调阳离子的烷基链，将离子液体作为无机合成中一个孔径可调的“软模板”，能够实现实现材料比表面积、一次和二次粒径分布、孔径分布的有效调控。其次，离子液体具有较低的表面张力，可导致较高的成核速率，产生非常细小的粒子，特别在纳米材料的合成中显示出突出的优点。
科学性、先进性及独特之处
- 2011年，我们在J. Solid State Chem.上报道了在离子液体[EMIM]+[BF4]-中实现了氧化锌纳米棒从一维到三维多层次结构的组装。尽管离子液体在无机合成方面取得一些进展，但是系统性研究离子液体阴阳离子结构的调变对纳米材料结构及形貌调控的报道仍相对较少。
应用价值和现实意义
- 1.我们探索了离子液体作为一种离子型溶剂当中无机纳米材料的合成的新方法。 2.我们发现所合成的氧化锌具有与离子液体中合成的低维氧化锌纳米结构均表现出独特的强而宽的绿光发光信号，该发射峰属深能级发射, 与结构缺陷有关。 3.能对有机染料罗丹明B溶液进行光催化降解，同时六轮循环光催化后发现仍具有较高的活性。
学术论文摘要
- 氧化锌(ZnO) 是一种重要的宽禁带直接带隙( Eg = 3.37eV) 半导体材料, 激子束缚能高达60 meV，具有优异的压电和光电性能。自从1991年Science报道了一维ZnO纳米线可作为潜在的最小的激光光源以来，氧化锌低维纳米材料的研究倍受关注。在控制合成方面，本工作首先通过选择离子液体的阴离子或微调离子液体阳离子的烷基链，将离子液体作为孔径可调的“软模板”对半导体材料ZnO的形貌进行调控。我们在紫外光照射下对有机染料罗丹明B进行光催化降解和六轮循环光催化降解，揭示了半导体结构、形貌与光催化性能之间的关系，探索开发新型可见光响应高效光催化剂的新途径。本工作对推进环境治理中有害物质处理新技术的创新具有积极意义。
获奖情况
- 美国固态化学，2010年影响因子2.36
鉴定结果
- 为SCI来源期刊
参考文献
- 2010年影响因子2.36
同类课题研究水平概述
- Dupont J. 等人在离子液体[C4mim]+[PF6]-中合成了铱纳米粒子，并且通过改变离子液体的阴离子来调节铱纳米粒子的亲水和疏水性质。Zhou Y. 等人在离子液体[C4mim]+[BF4]-中合成了TiO2锐钛矿纳米晶体，并通过反应限制纳米晶的聚集，自组装成介孔TiO2海绵状球。Itoh H.等人在离子液体[C4mim]+[PF6]-中合成金纳米粒子，通过改变离子液体的阳离子结构调节了金纳米粒子的亲水和疏水性质。尽管离子液体在无机合成方面取得一些进展，但是系统性研究离子液体阴阳离子结构的调变对纳米材料结构及形貌调控的报道仍相对较少。 2008年，我们在国际著名刊物Inorg. Chem.上报道了咪唑基四氟硼酸盐类离子液体咪唑环1-位及2-位取代基的变化对氧化锌一维纳米结构形貌及光催化性能的影响，并阐述了氧化锌在不同离子液体中的形成机理，这是关于在纯的离子液体作溶剂的体系中离子液体结构与纳米氧化锌形貌之间关系的首次系统性研究。2011年，我们在J. Solid State Chem.上报道了在离子液体[EMIM]+[BF4]-中实现了氧化锌纳米棒从一维到三维多层次结构的组装。
