溶胶-凝胶法制备超细氧化锌粉末一、 实验目的主要是了解粉末材料的一种制备方法和影响因素氧化锌ZnO俗称锌白，为 两性氧化物，密度为5.68g • cm -3，熔点为1975 °C,溶于酸和碱金属氢氧化物、 氨水、碳酸铵和氧化铵溶液，难溶于水和乙醇，无味，无毒，无臭，在空气中易吸 收二氧化碳和水纳米氧化锌为白色或微黄色晶体粉末，当其粒子尺寸在1〜 100nm之间时，由于颗粒尺寸细微化，纳米氧化锌能产生其本体块状材料所不具 有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，纳米氧化锌属 六方晶系纤锌矿结构，是一种新型高功能精细无机材料，在磁、光、电、敏感等 方面具有一些特殊性能主要应用在橡胶、油漆、涂料、印染、玻璃、医药、化 妆品和电子等工业，作为抗菌添加剂、防晒剂、光催化剂、气体传感器、图像记 录材料、吸波材料、导电材料、压电材料、橡胶添加剂等被广泛的应用纳米氧 化锌的制备方法有很多，如沉淀法、微乳液法、溶胶-凝胶法等二、 制备原理：溶胶--凝胶法是将金属有机或无机化合物经过溶液水解、溶胶、凝胶而固化， 再经热处理而形成氧化物或其他化合物粉体的方法，其过程是：用液体化学试剂 或溶胶为反应物，在液相中均匀混合并进行反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系。
放置一定时间后转变为凝胶，经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成型为制品，再 经过烧结固化制备出致密的氧化物材料溶胶--凝胶法制得的粉体粒度可控，分 布均匀，纯度高，而且设备简单，易于控制基本反应原理如下：(1) 溶剂化：能电离的前驱物-金属盐的金属阳离子Mz+将吸引水分子形成溶剂单元M(H2O)nz+ (Z为M离子的价数)，为保持它的配位数而有强烈地释放H+的趋 势：M(H 2 O)nz+ —M(H2 O) n-1 (OH) (z』++ H+ (1)这时如有其它离子进入就可能产生聚合反应，但反应式极为复杂；(2) 水解反应：非电离式分子前驱物，如金属醇盐M(OR)n(n为金属M的原子价) 与水反应：M(OR)n + xH 2 O——M(OH)x(OR)n-x + xROH (2)反应可延续进行，直至生成M(OH)n(3) 缩聚反应：缩聚反应可分为失水缩聚：—M—OH+HO—M > —M—O—M—+H ? O (3)和失醇缩聚： —M—OR+HO—M > —M—O—M—+ROH (4)反应生成物是各种尺寸和结构的溶胶体粒子反应原理：以醋酸锌(Zn(Ac)2.2H2O)为前驱物，草酸(H2C2O4)为络合剂，柠檬酸三 铵((NH4)3C6H5O7)为表面改性剂，无水乙醇(C2H5OH)、去离子水为溶剂，通过溶胶--凝胶法制备纳米氧化锌，其化学反应方程式如下：Zn（Ac）2 . 2H2O + H2C2O4 > ZnC2O4 + 2HAc + 2H2O （5）ZnC2O 4 nO + 4CO 2 + 2H2O （6）三、实验过程反应物配方：以醋酸锌为前驱物，草酸为络合剂，柠檬酸三铵为表面改性剂，无 水乙醇、去离子水为溶剂，在溶胶--凝胶法制备纳米氧化锌的过程中，适宜的醋 酸锌浓度为0.6 mol/L，适宜的草酸与醋酸锌摩尔比为3 : 1，适宜的溶剂用量 为：V乙醇：V水=1-3，适宜的改性剂用量与醋酸锌的质量比为8%，若要配制 50mL醋酸锌水溶液用于参加反应，则各试剂的用量为：醋酸锌量（m 1 ）= 0.6 mol/L x 0.05 L x 219g/mol = 6.57g柠檬酸三铵量（m 2 ）= m1 x 8% = 6.57g x 0.08 = 0.5256g草酸的量（m 3 ） = 0.6 mol/L x 3 x 0.1L x 90g/mol = 8.1g无水乙醇（V乙醇）若取V乙醇/V水=2，艮口 V乙醇=1 00ml,则V水=50ml1） 称取8.1g草酸，溶于100mL无水乙醇中配成草酸无水乙醇溶液；2） 准确称取6.57g醋酸锌，溶于50mL蒸馏水中，形成醋酸锌水溶液，并加入 0.5256g柠檬酸三铵表面改性剂；3） 将上述溶液置于恒温（80 °C ）水域中，剧烈搅拌（实验中采用20分钟）， 使其充分溶解；4） 将配好的醋酸锌溶液缓慢滴加到草酸无水乙醇溶液中，置于恒温（80 C ）水域 中保温反应0.5h，过滤即得凝胶；5） 将白色凝胶分别用蒸馏水和无水乙醇各洗涤两次，置于真空干燥箱内干燥干燥（80 C -2h）；6） 将经过上述步骤生成的干凝胶放入马弗炉中煅烧（600 C -3h）；7） 再将所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇各洗涤两次，干燥后即可制得纳米级 氧化锌超细粉末。