CC BY
54
УДК 620.18:539.21+546.47
С. Цзан, А.В. Авдеева, А.Г. Мурадова, Е.В. Юртов*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д.20, корп.1 * e-mail: [email protected]
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ НА РАЗМЕР И МОРФОЛОГИЮ НАНОСТЕРЖНЕЙ ZnO
Получены наностержни ZnO при гидролизе Zn(N03)2■6H20 в присутствии ГМТА. Исследовано влияние температуры и концентрации на размер и морфологию наностержней оксида цинка. Было установлено, что при изменении температуры в диапазоне 65-95°С, а также при изменении концентрации прекурсора размер наностержней ZnO изменялся. Состав и размер наностержней ZnO определяли с помощью рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии.
Ключевые слова: наностержни; оксид цинка; химическое осаждение; гидролиз.
Оксид цинка (ZnO) представляет собой важный полупроводниковый материал, широко применяемый в области оптики, фотокатализа, биомедицине, в изготовлении сенсорных устройств.
В настоящее время для получения одномерных наностержней оксида цинка, используются такие методы как физическое газофазное осаждение (PVD)[1], химическое газофазное осаждение (CVD)[2], термическое разложение[3] и др. Указанные процессы осуществляются при высоких температурах и зачастую не позволяют получать нанодисперсные материалы с контролируемым размером частиц. Этих недостатков лишены методы жидкофазного синтеза[4], позволяющие изменять морфологию и свойства синтезируемых материалов за счет варьирования таких параметров, как температура, продолжительность синтеза, тип и состав растворителя.
В данной работе были получены наностержни оксида цинка в ходе гидролиза Zn(NOs)2'6H2O в присутствии гексаметилентетрамина (ГМТА) при различных температурах среды (65-95°С). В качестве исходных реагентов использовали Zn(NO3)2'6H2O (ч.д.а., фирма "Sigma-Aldrich") и C6H12N4 (ч.д.а., фирма "Sigma-Aldrich"). Предварительно нагретые до заданной температуры (65-95°С) эквимолярные растворы Zn(NOз)2•6H2Oи ГМТА (0.01-0.045M) смешивали, после чего выдерживали в термостате при постоянных температурах 65-95°С в течение трех часов. Образующийся в процессе реакции осадок нанопорошка ZnO отделяли центрифугированием, многократно промывали дистиллированной водой и сушили при комнатной температуре.
Размер и форму полученных образцов определяли методом сканирующей электронной микроскопии (JSM-6510LV). На рис.1 представлена микрофотография образца ZnO, в табл.1- зависимость размеров наностержней ZnO
от температуры (эквимолярные растворы Zn(NO3)2-6H2Ü и ГМТА (0.01 M).
Рис. 1. Микрофотография наностержней ZnO, полученных при температуре 95°С
Таблица 1. Зависимость размеров наностержней ZnO
T, °С 65 80 85 95
Lcp, Ц111 1,52 1,7 2,8 2,85
dcp, nm 300 200 330 300
L/d 5 8,5 8,5 9,5
Как видно из таблицы 1, при увеличении температуры длина наностержней оксида цинка увеличивается от 1,5 до 3 мкм, увеличивается и соотношение длины к диаметру. В диапазоне температур 85-95°С длина наностержней практически не изменяется и составляет ~2,8 мкм. Можно сделать вывод о том, что при увеличении температуры среды наблюдается анизотропный рост наностержней 2п0 вюрцитообразной структуры вдоль направления [0001].
На рис. 2 и 3 приведены микрофотографии образцов 2п0, полученных при различных концентрациях (эквимолярные растворы Zn(N0з)2•6Н20 и ГМТА (0.01М, 0.045М).
Рис.2. Микрофотография наностержней ZnO, полученных при 85°С (концентрации Zn(N0з)2•6Н20 и ГМТА - 0.0Ш)
Как видно из рисунков 2 и 3 при низкой концентрации Zn(N0з)2•6Н20 и ГМТА наблюдаются структуры стержнеобразной формы. Увеличение концентрации исходных реагентов приводит к образованию структур, как стержнеобразной формы, так и иглообразных структур и структур произвольной формы.
Рис.3. Микрофотография наностержней ZnO, полученных при 85°С (концентрации Zn(N0з)2•6Н20 и ГМТА - 0.045M)
Качественный состав полученных образцов исследовали с помощью рентгеновского дифрактометра XRD-6000 Shimadzu(излучение ^^ с длиной волны X = 1.541874 А). Рентгенофазовый анализ показал, что образцы, приготовленные при различных температурах и концентрациях, имели пики, характерные для ZnO (рис.4).
30 40 50 60 70 80
29 . г рад усы
Рис.4. Дифрактограммы порошков, синтезированных при температурах 65-95°С в течение 3 часов
Таким образом, полученные результаты показывают возможность получения
наностержней ZnO в ходе медленного гидролиза нитрата цинка в присутствии ГМТА при температурах 65-95°С. Установлено, что при изменении температуры и концентрации фазовый состав не изменялся и соответствовал ZnO.
Сяовэй Цзан аспирант кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
Альбина Валерьевна Авдеева студентка кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
Айтан Галандаровна Мурадова к.х.н., ассистент кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
Евгений Васильевич Юртов д.х.н., член-корр.РАН, профессор, зав.кафедрой наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
Литература
1.Yang,D.S., Lao,C.S., Zewail,A.H.4D Electron Diffraction Reveals Correlated Unidirectional Behavior in Zinc Oxide Nanowires // Science,2008.V.321.P.1660-1664.
2.Wang,Z.L., Song,J.H. Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays // Science, 2006.V.312.P.242-246.
3.Malecka,B., Drozdz-Ciesla,E., Malecki,A. Mechanism and kinetics of thermal decomposition of zinc oxalate // Thermochimica Acta,2004.V.423. Р.13-18.
4.Guo,L., Ji,Y.L., Xu,H.B., Simon,P., Wu,Z.Y. Regularly Shaped, Single-Crystalline ZnO Nanorods with Wurtzite Structure // J.AM.CHEM. SOC.,2002.V.124.P.14864-14865.
Xiaowei Zang, Albina V. Avdeeva, Aytan G. Muradova, Evgeny V. Yurtov*
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
THE INFLUENCES OF TEMPERATURE AND CONCENTRATION ON THE SIZE AND MORPHOLOGY OF ZNO NANORODS
Abstract
ZnO nanorods via hydrolysis Zn(NO3)2 in presence C6Hi2N4 were obtained. The influence of temperature and concentration on the size and morphology of zinc oxide nanorods were investigated. It was found that with the raising temperature in the range 65-95 °C and increasing the concentration, the size of ZnO nanorods is changed. The size of nanoparticles and structure of ZnO nanorods was determined by X-ray diffraction and scanning electron microscopy.
Key words: nanorod; oxide zinc; chemical precipitation; hydrolysis.
