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chemphys

铁杆木虫 (知名作家)

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[交流] 纳米氧化锌的研制和其光学性能的开发应用研究

ZnO具有优良的光学、电学、化学和生物等多种效应而被广泛应用于医药、纺织、化工、电子等行业。而纳米ZnO更具有其奇特的性质，在上述领域内的功能得到进一步的开拓和改进。太阳光中的紫外线过量照射人体会损害人体免疫系统，加速肌肤老化，导致各种皮肤病，甚至产生皮肤癌。近年来随大气臭氧层的破坏，到达地面的紫外线强度增加，对人类危害越来越严重。在美国，每年就有50万皮肤癌患者，其中受紫外线影响的在90%以上，可见防护紫外线已是极其迫切的问题。为此，美国近年来推出了防晒化妆品和纺织品，纳米ZnO是其重要的原材料。ZnO的禁带宽度为3.2eV，它所对应的吸收波长为388nm，由于量子尺寸效应，粒度为10nm时，禁带宽度增加到4.5eV，因此它不仅能吸收紫外波长320—400nm，而且也对紫外中波280—320nm也有很强的吸收能力，因此它是一种很好地紫外屏蔽剂，用于化妆品中。又由于它是无机物，具有无毒、无刺激、不分解、不变质、热稳定性好而倍受青睐。纳米ZnO在阳光、尤其在紫外线照射下，在水和空气中，能自行分解出自由移动的带负电荷的电子(e-)，同时留下带正电荷的空穴(h+)，这种空穴可以激活空气和水中的氧变为活性氧，它能与多种有机物(包括细菌)发生氧化反应，从而除去污染和杀死病毒。如西北大学对纳米ZnO的定量杀菌试验，在5分钟内纳米ZnO为1%时对金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.86%，大肠杆菌的杀灭率为99.93%。实验及结果纳米ZnO的制备实验了用沉淀法、热分解法、均匀沉淀法等不同的方法及不同的制备条件，制备出了不同粒径的纳米ZnO。用XRD分析ZnO的晶相结构和用X射线宽化法，石英作内标，Scherrer公式计算出平均晶粒大小。结果表明：我们所制的ZnO晶相结构单一，没有杂质相，粒径范围为44.7~66.5nm。紫外吸收强度与ZnO粒径的关系用UV-Vis日立Hitach UV-340紫外可见分光光度自动记录仪，测定了不同粒径ZnO的紫外吸收光谱。结果表明：所制的ZnO对200~380nm范围的紫外光皆有较强的吸收，吸收强度随ZnO粒径的降低而升高。纳米ZnO的光催化活性的将不同晶粒度的ZnO进行光催化降解生活污水中的十二烷基苯磺酸钠(含量365.4mg/l)，0.1g ZnO (粒径44.7nm)，紫外灯(λmax=365nm)照射1小时，其COD去除率可达41.4%，而10nm TiO2在同样条件下的COD去除率为44.1%。从而可知纳米ZnO具有较高的光催化活性。结果还表明，随着ZnO粒度从44.7nm增加到66.5nm，其COD去除率由41.4%降到28.1%。可见其纳米尺寸效应十分显著。因此，研制更小粒径的ZnO对光催化活性有较大的意义。上述结果可知，所研制的纳米ZnO对紫外光有较强的吸收能力和较强的光催化活性。对在防晒化妆品和纺织品以及自洁建材(如自洁陶瓷等)等方面的应用具有较好的前景。

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