三元添加剂水溶液体系合成亚微米硫化锌空心球 (2005年)

利用仿生合成方法，通过加入一定量的引发剂使甲基丙烯酸原位聚合，在聚乙二醇（PEG）、聚甲基丙烯酸（PMAA）和十二烷基硫酸钠（SDS）的三元添加剂混合溶液体系中控制了合成硫化锌晶体，提出了一种简单易行的合成硫化锌空心球的新方法。采用透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线粉末衍射（XRD）及紫外吸收光谱等手段对合成样品的形貌、结构及性能进行了表征。TEM结果显示，ZnS空心球的直径约为300～400nm，其壳层的厚度约为50nm。SEM结果显示，空心球的外壳是由初级纳米粒子定向熔合排列形 ### 三元添加剂水溶液体系合成亚微米硫化锌空心球 #### 摘要与背景 本文介绍了一种利用仿生合成方法，在聚乙二醇（PEG）、聚甲基丙烯酸（PMAA）和十二烷基硫酸钠（SDS）三元添加剂混合溶液体系中控制合成亚微米级硫化锌（ZnS）空心球的新方法。该方法通过在特定条件下使甲基丙烯酸原位聚合，并借助表面活性剂SDS的调控作用，成功地制备出了具有独特结构特征的ZnS空心球。 #### 合成方法与原理 ##### 仿生合成 仿生合成是一种模拟自然界生物矿化过程的技术，通过控制无机离子在有机模板的导向下结晶，从而获得具有特殊结构和功能的新型材料。本研究中，利用了聚乙二醇（PEG）、聚甲基丙烯酸（PMAA）和十二烷基硫酸钠（SDS）三种添加剂构建了一个有利于ZnS结晶的微环境，通过调节这些添加剂的比例和浓度，有效地控制了ZnS晶体的形貌和结构。 ##### 三元添加剂的作用 - **聚乙二醇（PEG）**：作为一种良好的分散剂，可以提高溶液的稳定性和减少颗粒间的团聚现象。 - **聚甲基丙烯酸（PMAA）**：通过加入适量的引发剂使其原位聚合，为ZnS晶体的生长提供了一个合适的微环境。 - **十二烷基硫酸钠（SDS）**：作为表面活性剂，可以在溶液中形成胶束，进而影响ZnS晶体的形貌和结构。特别是在高浓度下，SDS的存在促使ZnS形成了片状晶体的球形聚集体。 #### 实验步骤 - 将PEG加入到含有MAA的水溶液中，形成稳定的混合溶液。 - 加入盐酸作为引发剂，促进MAA的聚合。 - 接着加入SDS，待其完全溶解后，再加入ZnCl2和硫代乙酰胺（TAA），移至恒温水浴中进行反应。 - TAA受热分解释放S^2-离子，与Zn^2+离子反应生成ZnS颗粒。 - 反应结束后，可通过离心分离和洗涤等步骤纯化产物。 #### 表征技术 - **透射电子显微镜（TEM）**：用于观察ZnS空心球的微观形貌和尺寸分布。结果显示，ZnS空心球的直径约为300~400nm，壳层厚度约为50nm。 - **扫描电子显微镜（SEM）**：进一步揭示了空心球的外壳是由初级纳米粒子定向熔合排列形成的蠕虫状结构紧密组装而成。 - **X射线粉末衍射（XRD）**：确认了样品的晶相组成。 - **紫外吸收光谱**：用于分析样品的光学性能。 #### 形成机制探讨 根据实验结果和分析，研究者提出了核-壳模型来解释ZnS空心球的形成过程。在合成过程中，SDS胶束可能充当了模板角色，引导ZnS颗粒在其内部生长，随着颗粒的增长，内部空间逐渐被占据，最终形成了空心结构。此外，SDS浓度的变化也显著影响了ZnS产物的形貌，表明了表面活性剂在控制ZnS结构方面的重要性。 #### 结论与展望 本研究提出了一种简单有效的合成ZnS空心球的方法，通过精细调控三元添加剂的比例和浓度，成功获得了具有良好形貌和结构特性的ZnS空心球。这些空心球因其独特的结构和潜在的应用价值，在催化、光子晶体、控制释放系统等多个领域展现出广阔的应用前景。未来的研究将进一步探索这种新型结构在实际应用中的潜力，并优化合成条件以实现大规模生产。