Ви є тут

Спектральні та фотохімічні властивості метал-напівпровідникових нанокомпозитів на основі ZnO та CdS.

Автор: 
Швалагін Віталій Васильович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2006
Артикул:
0406U000282
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РОЗДІЛ 2
Методики експериментів
2.1. Підготовка реагентів і розчинників
Zn(CH3COO)2 (ч.д.а.), NaOH (х.ч.), AgNO3 (ч.д.а.), CuCl2 (ч.д.а.), Pb(CH3COO)2,
InCl3 (ч.д.а.), Cd(CH3COO)2 (ч.д.а.), Na2S·9H2O (ч.д.а., Aldrich), CH3COONa,
HCl, NaNO2, Na2CO3, Ni(ClO4)2, Co(NO3)2, FeSO4 (ч.д.а.), поліфосфат натрію
(NaPO3)n (х.ч., Aldrich), Na2SO3 (х.ч.), нітробензол, анілін, метиленовий
блакитний (х.ч.), фенілендиамін, a-нафтол, метилвіологен хлорид (хлорид
4,4?-диметилдипіридилу, х.ч., Aldrich) використовували без попередньої
очистки.
Ізопропанол (Етанол). 100 г CaO прожарювали в муфельній шафі при 900-950 0С
протягом 4-5 год. Прожарений CaO висипали в 2 л колбу, яка містила 1,0 – 1,2 л
спирту, щільно закривали, збовтували та залишали на 8-12 год, після чого
кип’ятили з CaO протягом 5 год зі зворотнім холодильником для видалення вологи
та переганяли [193]. Для дослідів використовували середню фракцію спирту.
2.2. Методики математичної обробки експериментальних даних
Ширину забороненої зони НЧ НП (Eg) визначали [5, 47] як енергію, що відповідає
довжині хвилі у точці перетину з віссю абсцис дотичної до довгохвильового краю
смуги поглинання в електронних спектрах колоїдних розчинів з використанням
виразу 1.2.
Розрахунок швидкості фотовідновлення іонів металу на поверхні НЧ НП (VМе)
виконували з використанням виразу (2.1):
(2.1)
де D – оптична густина розчину на довжині хвилі, що відповідає максимуму смуги
поверхневого плазмонного резонансу (ППР) частинок металу (у випадку Ag і Cu)
або на довільно обраній довжині хвилі (у випадку Pb, In, Cd, Zn та Ni),
е – молярний коефіцієнт поглинання, що відповідає довжині хвилі, на якій
реєстрували D,
l – оптична товщина кювети,
t – тривалість опромінення.
Розрахунок квантового виходу реакції фотовідновлення іонів металу на поверхні
НЧ НП (g) проводили за формулою:
(2.2)
де Vкюв – об’єм розчину в кюветі (мл),
І0 – інтенсивність світла (Ейнштейн?хв-1),
Dl – оптична густина розчину НП НЧ при l = 313 нм або l = 365 нм (в залежності
від умов експерименту).
Розрахунок питомої швидкості фотовідновлення іонів металу на поверхні НЧ НП
(Vпит) проводили в припущенні про сферичну форму НЧ НП з використанням
наступного виразу:
(2.3)
де r - густина НП (г·см-3),
[НП] - молярна концентрація НП,
M – молекулярна маса НП.
2.3. Методики синтезу колоїдних напівпровідникових частинок та їх
спектрально-оптичні характеристики
Синтез наночастинок ZnO в ізопропанолі. Колоїд ZnO в ІП синтезували аналогічно
[2, 12, 13] при взаємодії Zn(CH3COO)2 і NaOH при 0-5 0С:
Zn(CH3COO)2 + 2NaOH ® ZnO + 2CH3COONa + H2O
0,0915 г (0.5 ммоль) ретельно розтертого, безводного Zn(CH3COO)2 розчиняли при
постійному перемішуванні в 60 мл безводного щойно перегнаного ІП при 50-60 0С.
Одержаний розчин розводили ІП до 230 мл та охолоджували до 0 0С. 0,032 г (0,8
ммоль) подрібненого NaOH розчиняли в 20 мл сухого ІП при 50-60 0С і
охолоджували до 0 0С. Розчини гідроксиду натрію та ацетату цинку повільно
змішували при інтенсивному перемішуванні шляхом додавання по краплинах розчину
NaOH до розчину Zn(CH3COO)2 при 0 0С.
Після змішування вихідних розчинів утворювався прозорий безбарвний колоїд, який
витримували при 55-60 0С протягом 2 годин для визрівання. Додаткових
стабілізаторів в процесі синтезу колоїду не використовували. Готовий колоїдний
розчин ZnO – безбарвний, прозорий, без ознак розсіювання світла, з [ZnO]=2·10-3
моль·л-1 та [CH3COONa]=3,2·10-3 моль·л-1, зберігали в темряві при 0-5 0С.
Концентрація колоїдного оксиду цинку в ІП не перевищувала 2?10-3 моль·л-1,
оскільки колоїдні розчини з більшою концентрацією швидко втрачають агрегаційну
стабільність.
Синтез наночастинок ZnO в етанолі. Лужний гідроліз ацетату цинку при дії
гідроксиду натрію в ІП є достатньо детально вивченим і порівняно простим
методом одержання колоїдних розчинів ZnO, якому притаманна гарна
відтворюваність [2, 12, 13]. Нами було встановлено, що аналогічна процедура
одержання НЧ ZnO може бути здійснена в етиловому спирті, причому проведення
синтезу колоїдних частинок ZnO в етанолі дає можливість одержання більш
концентрованих (до 2·10-2 моль·л-1) розчинів оксиду цинку в порівнянні з ІП, у
якому НЧ ZnO втрачають стабільність уже при [ZnO] > 2·10-3 моль·л-1. Друга
перевага даного методу полягає в можливості керування розміром НЧ ZnO шляхом
зміни концентрації вихідних реагентів.
Наважки ретельно розтертих, безводних Zn(CH3COO)2 (ч.д.а.) та NaOH (х.ч.)
розчиняли відповідно в 45 та 5 мл висушеного етанолу. Концентрацію ZnO
змінювали в межах 1·10-3 моль·л-1 - 2·10-2 моль·л-1. Для одержання колоїду з
концентрацією 1·10-3 моль·л-1 брали 0,00915 г Zn(CH3COO)2 та 0,0032 г NaOH;
2·10-3 моль·л-1 - 0,0183 г Zn(CH3COO)2 та 0,0064 г NaOH; 5·10-3 моль·л-1 -
0,0458 г Zn(CH3COO)2 та 0,0160 г NaOH; 1·10-2 моль·л-1 - 0,0915 г Zn(CH3COO)2
та 0,0320 г NaOH і 2·10-2 моль·л-1 - 0,1830 г Zn(CH3COO)2 та 0,0064 г NaOH.
Відповідні розчини лугу та ацетату охолоджували до 0 0С і повільно змішували
при інтенсивному перемішуванні шляхом додавання по краплинах розчину NaOH до
розчину Zn(CH3COO)2. Після змішування реагентів утворювались прозорі безбарвні
колоїди, які витримували при 55-60 0С протягом 2 годин. Додаткових
стабілізаторів в процесі синтезу колоїдів не використовували. Отримані після
визрівання колоїдні розчини ZnO зберігали в темряві при 0-5 0С.
Слід відмітити, що в присутності навіть незначних домішок води в ІП або
етанолі, колоїдні частинки ZnO зазнають швидкої коагуляції. Осад, що
утворюється внаслідок коагуляції, промивали спиртом, висушували при кімнатній
температурі та використовувал