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基本信息

項(xiàng)目名稱：
離子液體中不同長(zhǎng)徑比氧化鋅納米棒的合成、形貌、形成機(jī)理及光學(xué)性質(zhì)的研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
不同長(zhǎng)徑比的氧化鋅納米棒在離子液體 [CnMIM]+Br-（n=2,4,6,8）中低溫合成。所得氧化鋅納米棒表現(xiàn)出與缺陷相關(guān)的黃綠發(fā)光，對(duì)有機(jī)染料羅丹明B進(jìn)行了六輪循環(huán)光催化降解，表現(xiàn)出高的催化活性。
詳細(xì)介紹：
1.氧化鋅(ZnO) 是一種重要的寬禁帶直接帶隙( Eg = 3.37eV) 半導(dǎo)體材料, 激子束縛能高達(dá)60 meV，具有優(yōu)異的壓電和光電性能。自從1991年Science報(bào)道了一維ZnO納米線可作為潛在的最小的激光光源以來(lái)，氧化鋅低維納米材料的研究倍受關(guān)注。 2.離子液體是指僅由陰陽(yáng)離子組成并在較低溫度下(一般小于100oC) 呈液態(tài)的鹽。根據(jù)我們前期的研究工作發(fā)現(xiàn)，離子液體在制備形貌可控的半導(dǎo)體光催化材料中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，通過(guò)選擇恰當(dāng)?shù)年庪x子或微調(diào)陽(yáng)離子的烷基鏈，將離子液體作為無(wú)機(jī)合成中一個(gè)孔徑可調(diào)的“軟模板”，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)現(xiàn)材料比表面積、一次和二次粒徑分布、孔徑分布的有效調(diào)控。其次，離子液體具有較低的表面張力，可導(dǎo)致較高的成核速率，產(chǎn)生非常細(xì)小的粒子，特別在納米材料的合成中顯示出突出的優(yōu)點(diǎn)。 3.鑒于此，在控制合成方面，本工作首先通過(guò)選擇離子液體的陰離子或微調(diào)離子液體陽(yáng)離子的烷基鏈，將離子液體作為孔徑可調(diào)的“軟模板”對(duì)氧化鋅半導(dǎo)體材料的形貌進(jìn)行調(diào)控。我們首次通過(guò)調(diào)控咪唑基溴鹽離子液體[CnMIM]+Br- (n = 2, 4, 6, 8) 陽(yáng)離子咪唑環(huán)1-位上的烷基鏈實(shí)現(xiàn)了對(duì)氧化鋅納米棒長(zhǎng)徑比的控制（從40:1, 20:1, 10:1, 到 5:1）。我們將不同長(zhǎng)徑比的氧化鋅納米棒對(duì)有機(jī)染料羅丹明B(10-5 mol/L)進(jìn)行了光催化降解，并比較了光催化降解的效果。結(jié)果表明，經(jīng)不同時(shí)間紫外光照降解后，離子液體中合成的納米氧化鋅能有效完成對(duì)有機(jī)染料羅丹明B的光降解。特別是直徑為40-60nm，長(zhǎng)度為200nm的短的氧化鋅納米棒（長(zhǎng)徑比為5）表現(xiàn)出對(duì)羅丹明B溶液高的光催化降解活性。2011年，我們?cè)贘. Solid State Chem.上報(bào)道在離子液體[EMIM]+[BF4]-中實(shí)現(xiàn)了氧化鋅納米棒從一維到三維多層次結(jié)構(gòu)的組裝。 2008年，我們?cè)趪?guó)際著名刊物Inorg. Chem.上報(bào)道了咪唑基四氟硼酸鹽類離子液體咪唑環(huán)1-位及2-位取代基的變化對(duì)氧化鋅一維納米結(jié)構(gòu)形貌及光催化性能的影響，并闡述了氧化鋅在不同離子液體中的形成機(jī)理，這是關(guān)于在純的離子液體作溶劑的體系中離子液體結(jié)構(gòu)與納米氧化鋅形貌之間關(guān)系的首次系統(tǒng)性研究。2011年，我們?cè)贘. Solid State Chem.上報(bào)道了在離子液體[EMIM]+[BF4]-中實(shí)現(xiàn)了氧化鋅納米棒從一維到三維多層次結(jié)構(gòu)的組裝。盡管離子液體在無(wú)機(jī)合成方面取得一些進(jìn)展，但是系統(tǒng)性研究離子液體陰陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)的調(diào)變對(duì)納米材料結(jié)構(gòu)及形貌調(diào)控的報(bào)道仍相對(duì)較少。

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

根據(jù)我們前期的研究工作發(fā)現(xiàn)，離子液體在制備形貌可控的半導(dǎo)體光催化材料中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，通過(guò)選擇恰當(dāng)?shù)年庪x子或微調(diào)陽(yáng)離子的烷基鏈，將離子液體作為無(wú)機(jī)合成中一個(gè)孔徑可調(diào)的“軟模板”，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)現(xiàn)材料比表面積、一次和二次粒徑分布、孔徑分布的有效調(diào)控。其次，離子液體具有較低的表面張力，可導(dǎo)致較高的成核速率，產(chǎn)生非常細(xì)小的粒子，特別在納米材料的合成中顯示出突出的優(yōu)點(diǎn)。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

2011年，我們?cè)贘. Solid State Chem.上報(bào)道了在離子液體[EMIM]+[BF4]-中實(shí)現(xiàn)了氧化鋅納米棒從一維到三維多層次結(jié)構(gòu)的組裝。盡管離子液體在無(wú)機(jī)合成方面取得一些進(jìn)展，但是系統(tǒng)性研究離子液體陰陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)的調(diào)變對(duì)納米材料結(jié)構(gòu)及形貌調(diào)控的報(bào)道仍相對(duì)較少。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

1.我們探索了離子液體作為一種離子型溶劑當(dāng)中無(wú)機(jī)納米材料的合成的新方法。 2.我們發(fā)現(xiàn)所合成的氧化鋅具有與離子液體中合成的低維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)出獨(dú)特的強(qiáng)而寬的綠光發(fā)光信號(hào)，該發(fā)射峰屬深能級(jí)發(fā)射, 與結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)。 3.能對(duì)有機(jī)染料羅丹明B溶液進(jìn)行光催化降解，同時(shí)六輪循環(huán)光催化后發(fā)現(xiàn)仍具有較高的活性。

學(xué)術(shù)論文摘要

氧化鋅(ZnO) 是一種重要的寬禁帶直接帶隙( Eg = 3.37eV) 半導(dǎo)體材料, 激子束縛能高達(dá)60 meV，具有優(yōu)異的壓電和光電性能。自從1991年Science報(bào)道了一維ZnO納米線可作為潛在的最小的激光光源以來(lái)，氧化鋅低維納米材料的研究倍受關(guān)注。在控制合成方面，本工作首先通過(guò)選擇離子液體的陰離子或微調(diào)離子液體陽(yáng)離子的烷基鏈，將離子液體作為孔徑可調(diào)的“軟模板”對(duì)半導(dǎo)體材料ZnO的形貌進(jìn)行調(diào)控。我們?cè)谧贤夤庹丈湎聦?duì)有機(jī)染料羅丹明B進(jìn)行光催化降解和六輪循環(huán)光催化降解，揭示了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、形貌與光催化性能之間的關(guān)系，探索開(kāi)發(fā)新型可見(jiàn)光響應(yīng)高效光催化劑的新途徑。本工作對(duì)推進(jìn)環(huán)境治理中有害物質(zhì)處理新技術(shù)的創(chuàng)新具有積極意義。

獲獎(jiǎng)情況

美國(guó)固態(tài)化學(xué)，2010年影響因子2.36

鑒定結(jié)果

為SCI來(lái)源期刊

參考文獻(xiàn)

2010年影響因子2.36

同類課題研究水平概述

Dupont J. 等人在離子液體[C4mim]+[PF6]-中合成了銥納米粒子，并且通過(guò)改變離子液體的陰離子來(lái)調(diào)節(jié)銥納米粒子的親水和疏水性質(zhì)。Zhou Y. 等人在離子液體[C4mim]+[BF4]-中合成了TiO2銳鈦礦納米晶體，并通過(guò)反應(yīng)限制納米晶的聚集，自組裝成介孔TiO2海綿狀球。Itoh H.等人在離子液體[C4mim]+[PF6]-中合成金納米粒子，通過(guò)改變離子液體的陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)了金納米粒子的親水和疏水性質(zhì)。盡管離子液體在無(wú)機(jī)合成方面取得一些進(jìn)展，但是系統(tǒng)性研究離子液體陰陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)的調(diào)變對(duì)納米材料結(jié)構(gòu)及形貌調(diào)控的報(bào)道仍相對(duì)較少。 2008年，我們?cè)趪?guó)際著名刊物Inorg. Chem.上報(bào)道了咪唑基四氟硼酸鹽類離子液體咪唑環(huán)1-位及2-位取代基的變化對(duì)氧化鋅一維納米結(jié)構(gòu)形貌及光催化性能的影響，并闡述了氧化鋅在不同離子液體中的形成機(jī)理，這是關(guān)于在純的離子液體作溶劑的體系中離子液體結(jié)構(gòu)與納米氧化鋅形貌之間關(guān)系的首次系統(tǒng)性研究。2011年，我們?cè)贘. Solid State Chem.上報(bào)道了在離子液體[EMIM]+[BF4]-中實(shí)現(xiàn)了氧化鋅納米棒從一維到三維多層次結(jié)構(gòu)的組裝。
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