氢氧化锌超细纳米线的形成机制及性质研究

本项目拟开展氢氧化锌超细纳米线的形成机制及性质研究。制备较高纯度与质量的氢氧化锌超细纳米线，通过对氢氧化锌超细纳米线形成过程的研究，揭示超细氢氧化锌纳米线与层状氢氧化锌结构的相关性。提出并验证由二维结构到一维纳米线的转换规律与形成机制，探索全新的"由大到小"的制备低维纳米材料的化学途径。通过对纳米线的表面结构及其吸附性质的研究，考察带正电荷的纳米线做为高效的阴离子吸附剂，以及在短链DNA提取等生物、医药领域的可能应用。

以层状氢氧化锌醋酸盐纳米带作为前驱物，利用“自上向下”的制备方法，得到了直径在3-5纳米的超细纳米线。探讨了温度对产物的影响，发现温度过低或过高都不利于纳米线的生成，只有在室温下 (25 °C)才能得到纳米线。为了解纳米线的生成过程，研究了陈化时间对纳米线生成的影响，发现比较适宜的陈化时间为2天，时间过短会导致反应不完全，生成的纳米线数量较少；时间过长会转化为氧化锌纳米棒。通过观察TEM照片，发现一些纳米线的尾部连接在一起，而且一些纳米线仍然与片状结构相连，初步认为纳米线是由纳米带劈裂而成，HRTEM的结果确认存在有氢氧化锌纳米线向氧化锌纳米线转化的过程，提出了形成氧化锌纳米线的相关机理，即氧化锌纳米线的形成是由于层间醋酸根的离去而导致层状氢氧化锌醋酸盐纳米带发生劈裂的结果。在对层状氢氧化锌醋酸盐与其他离子交换后产物的水解产物的形貌和结构进行研究过程中发现，与氯离子交换后的层状氢氧化锌盐酸盐产物水解后也可以生成纳米线。. 由于层状氢氧化锌醋酸盐及其陈化水解产物在水溶液中稳定性较差，我们尝试在层状氢氧化锌醋酸盐层板间引入其他金属离子，提高其稳定性。研究结果表明，层板间引入铜离子可以获得结构稳定的层状化合物。对一系列具有不同Cu/Zn摩尔比的层状氢氧化铜锌醋酸盐研究表明，其作为吸附剂对甲基橙水溶液的吸附能力有比较明显的差别，具有相对较高比表面积的三维类花状形貌的层状氢氧化铜锌醋酸盐(Cu/Zn=2.47:1)作为吸附剂时，吸附容量最大可以达到847 mg/g。利用吸附等温线、吸附动力学对吸附过程及机理做了研究，吸附除去甲基橙的实验数据很好地符合Langmuir吸附等温线，表明吸附位点是均相的，每个吸附点的能量相等且只吸附一个分子，吸附的分子间没有相互作用。吸附动力学过程可以用准二级动力学模型来描述，这表明速率限制步骤是化学吸附过程。粒子内扩散模型对实验数据进行拟合的结果是非线性的，说明层状氢氧化铜锌醋酸盐吸附甲基橙的过程是一个复杂的过程，表面吸附和层间离子交换同时发生。