1、 江南大学 综 合 实 验 论 文 纳米硫化锌的可控合成和光电性能研究 Nanometer zinc sulfide of the controllable synthesis and light performance research 姓 名： xxx 学 号： xxx 班 级： xxx 学 院： 无锡医学院 指导老师： xxx 实验日期： 7 月 2 日至 7 月 6 日 2012 年 8 月 20日 - 2 - 摘要： 利用醋酸锌、硫化钠和 EDTA，通过液相法在不同条件下制备纳米硫化锌，找到制备ZnS 纳米晶的最适 PH 是 4.0，最适温度是 49.1，最适硫化锌浓度是 0.2mo
2、l/L，最适硫化钠 /醋酸锌的配比是 1： 1。以及各条件下的最可几粒径，初步了解纳米硫化锌的光电性能及用途。 关键字： 纳米硫化锌， 制备， 光电性能 Abstract: Using zinc acetate, sodium sulfide and EDTA, through the liquid phase method under different conditions in preparing nanometer zinc sulfide, find ZnS preparation of nano crystalline optimum PH is 4.0, the optimum
3、temperature is 49.1 , optimum zinc sulfide concentration is 0.2 mol/L, optimum sodium sulfide/zinc acetate ratio is 1:1. And the conditions of the most probable particle size, a preliminary understanding of nanometer zinc sulphide photoelectric properties and USES. Keywords:Nanometer zinc sulfide, p
4、reparation, photoelectric properties 实验目的和要求 ： 了解 ZnS 纳米晶体的结构特点，性能及用途 了解并掌握缓 释合成 ZnS 纳米晶体的原理及方法 掌握纳米 ZnS 光电性能研究的方法 练习称量，溶解，离心，干燥，定容等基本操作 熟悉酸度计，粒度测定仪，分光光度计的使用方法 实验原理 ： 纳米材料的研究是高新技术所谓重要研究领域，它在电学，光学，磁学，力学及生物学等方面表现出许多优良性能。纳米材料分为两大类：一类是粒度在纳米级的超细材料；另一类是具有纳米孔，纳米通道等纳米相结构的材料。现有的合成方法可归纳为以下四类，即气相法，固相法，液相法和纳米结构
5、合成法。 本实验通过液相法，首先将 Zn2+缓释释放，控制生成的 ZnS 粒子的大 小，能极大提高其光催化活性。 实验仪器 ： 名称 规格 (ml) 数量 - 3 - 细口玻璃瓶 1000 2 棕色瓶 500 2 容量瓶 100 3 烧杯 100/150/250/400 10 离心管 10 10 玻璃棒 - 3 胶头滴管 - 3 量筒 10/100 2 塑料洗瓶 - 2 精密仪器 ： 名称 型号 数量 电子天枰 BS 系列 1 酸度计 Sartorious PB-10 型 1 离心机 PB300 1 粒度测定仪 WQL(LKY-2) 1 干燥箱 - 1 光催化反应器 - 1 UV-vis -
6、1 分光光度计 722 型 1 实验试剂 ： 二水邻苯二甲酸氢钾（ A.R)、十水四硼酸钠（ A.R)、二水醋酸锌（ A.R)、 Na2S.10H2O(A.R)、Na2H2Y.2H2O(A.R)、甘油（ A.R)、无水乙醇（ A.R)、碱性紫 5BN 染料 实验步骤 ： 1.溶液的配制 1）、 PH4 缓冲溶液的配制 用电子天枰准确称量 1.0211g 二水邻苯二甲酸氢钾溶- 4 - 于烧杯中，用玻璃棒搅拌溶解，定容于 100ml 容量瓶。 2)、 PH9 缓冲溶液的配制 用电子天枰准确称量 0.3814g 十水四硼酸钠溶于烧杯中，用玻璃棒搅拌溶解，定容于 100ml 容量瓶。 3）、 0.2
7、mol/L 醋酸锌的配制 用电子天枰准确称量 21.948g 二水合醋酸锌，加水配制成 500ml 溶液。 4） 、 0.2mol/L 硫化钠的配制 用电子天枰准确称量 24.0046g Na2S.10H2O(A.R)，加去离子水配制成 500ml 溶液。 5）、 0.2mol/LEDTA 溶液的配制 用电子天枰准确称量 3.722g Na2H2Y.2H2O(A.R)，加去离子水配制成 100ml 溶液。 6）甘油 -水（ 5%）混 合液的配制 用量筒准确量取甘油（ A.R)5ml，加去离子水配制成 100ml 的混合溶液。 2.ZnS 纳米晶的合成 准备： 用 PH4 和 PH9 的缓冲溶液
8、校准酸度计。 第一组（ PH3.8)： 取 10ml 上述配制的醋酸锌溶液于烧杯中，加入 10ml EDTA，插入酸度计笔头，记录其PH 值为 3.8。再取 10ml 硫化锌溶液倒入上述溶液中，并且不断搅拌，搅拌 15 分钟后，将溶液倒入离心管，放入离心机里离心分离，转述为 2500r/min，离心 30 分钟。离心结束后，取出离心管，倒掉上层废液，并用去离子水洗涤。洗涤 结束后，将离心管底部的产物倒在蒸发皿里，放在 100的干燥箱里干燥得到 ZnS 纳米晶。而离心管内壁残留的产物则加入 3ml左右的去离子水，用做测粒度。 第二组 (PH4.0)： 取 10ml 上述配制的醋酸锌溶液于烧杯中，
9、加入 10ml EDTA，插入酸度计笔头，用胶头滴管逐渐滴加稀氨水至溶液 PH 值为 4.0，再取 10ml 硫化锌溶液倒入上述溶液中，并且不断搅拌，搅拌 15 分钟后，将溶液倒入离心管，放入离心机里离心分离，转述为 2500r/min，离心 30 分钟。离心结束后，取出离心管，倒掉上层废液，并用去离子水洗涤。洗涤结束后 ，将离心管底部的产物倒在蒸发皿里，放在 100的干燥箱里干燥得到 ZnS 纳米晶。而离心管内壁残留的产物则加入 3ml 左右的去离子水，用做测粒度。 第三组 (普通 ZnS)： - 5 - 取 10ml 上述配制的醋酸锌溶液于烧杯中，再取 10ml 硫化锌溶液倒入上述溶液中，
10、并且不断搅拌，搅拌 15 分钟后，将溶液倒入离心管，放入离心机里离心分离，转述为 2500r/min，离心 30 分钟。离心结束后，取出离心管，倒掉上层废液，并用去离子水洗涤。洗涤结束后，将离心管底部的产物倒在蒸发皿里，放在 100的干燥箱里干燥得到 ZnS 纳米晶。而离心管内壁残 留的产物则加入 3ml 左右的去离子水，用做测粒度。 3.ZnS 纳米晶的称重 将蒸发皿中的白色固体刮下并称重。 4.ZnS 纳米晶的粒度分析 (1).打开微粒测定仪、计算机、打印机电源，待全部处于工作状态时，打开粒度仪电动机开关（在右边 )。 (2)运行程序 WQL.exe。 (3)单击“调整测量曲线”，先输入“
11、 1000”，然后“确定”，在按空格键，再单击“调整测量曲线”，输入“ 4000”，“确定”。注意：圆盘开始加速，高速转动至 4000r/min 时，不要调光强度，这时要等待转速稳定，如不稳定，需重调转速。 重调转速（改变圆盘的稳定速度）时， 参照步骤（ 8）（不存盘），停止圆盘转动。重新运行程序，然后再单击“调整测量曲线”，输入“ 1000”，圆盘转动后，按空格键，再单击“调整测量曲线”，输入“ 3000”，等待转速变化。 (4).转速稳定后，将 30ml 旋转液（甘油 水溶液）注入圆盘中心。注意：用不带橡胶管的大注射器吸取至刻度 30，赶出注射器内的气泡，注射器头千万不能碰到圆盘。 (5)
12、.按空格键，单击“输入参数和采样”，输入参数： 样品名称： ZnS 粒度测定 前面采样周期 TS1/s:1 后面采样周期 TS1/s:2 颗粒样品密度 DS/g cm-3： 4.087 旋转流 体密度 DF/g cm-3： 1.00886 旋转流体粘度 P/P： 0.009000 旋转流体用量 V/mL： 30 使用不带针头的小注射器注入缓冲液 (乙醇） 1mL，注入后按一下减速键（在粒度仪上），按“确定”，待红色基线出现。 - 6 - (6).使用带针头的小注射器注入待测样品 0.8mL,迅速注入，马上快速轻击键盘空格键。注意：待红色基线出现。 (7)等待计算机采集测量数据，同步出现在计算机
13、窗口。注意：如果数据有问题，需重做（要征得老师同意）。实验重做时，先做步骤（ 9） （ 11），然后再从步骤（ 2）开始做。 (8)实验结束，按两次任意键，单击 “存盘结束”，输入文件名。 5.ZnS 纳米晶光催化活性考察 1） 将碱性紫 5BN 染料在室温下配成浓度为 50/9mg/l 的溶液，每次取 100ml，加入 8ml上述在不同 PH 下得到的 ZnS 纳米晶，搅拌，并且置于光催化反应器中，用 500w 紫外光源（主段波 365nm)，每隔 5 分钟取样测试，于 5000r/min 离心分离后，取上层清夜在紫外吸光光度计下测量它的吸光度值。 2） 第一次测吸光度前，先用碱性紫 5BN
14、 染料配制的活性染料找出最适波长，经实验发现，波长 665nm 为最适波长，以下实验均采用波长 665nm 进行测定，且均以上述找到最适波 长的纯活性染料作为参比溶液。 3） 将每次取到的上层清夜在紫外吸光光度计下测量它的吸光度值，重复 4 次，观察它们的吸光度变化值。 实验记录 ： 不同条件下的 ZnS 纳米晶的重量： 条件 PH3.8 PH4.0 普通 ZnS 重量 mg 17.8 10.3 116.3 紫外照射 5 分钟后不同条件下的 ZnS 纳米晶的吸光度值： 条件 PH3.8 PH4.0 普通 ZnS 吸光度值 0.941 1.469 1.143 紫外照射 10 分钟后不同条件下的 ZnS 纳米晶的吸光度值： 条件 PH3.8 PH4.0 普通 ZnS 吸光度 值 0.878 1.339 1.080 紫外照射 15 分钟后不同条件下的 ZnS 纳米晶的吸光度值： - 7 - 条件 PH3.8 PH4.0 普通 ZnS 吸光度值 0.915 1.340 1.070 紫外照射 20 分钟后不同条件下的 ZnS 纳米晶的吸光度值： 条件 PH3.8 PH4.0 普通 ZnS 吸光度值 0.878 1.348 1.102 不同条件下 ZnS 纳米晶的粒径分布数据 PH3.8： - 8 - PH4.0： - 9 - - 10 - 普通 ZnS：
