Herstellung und Charakterisierung von ZnO-Nano-Clips durch das Polyol-vermittelte Verfahren

Hintergrund

Zinkoxid (ZnO) mit einer direkten großen Bandlücke von 3,37 eV und einer großen Anregungsbindungsenergie von 60 meV hat in den letzten Jahren aufgrund seiner Anwendungen in Photokatalysatoren, Solarzellen und elektrischen und optischen Geräten große Aufmerksamkeit auf sich gezogen [1,2 ,3,4,5,6,7,8,9,10]. ZnO hat extrem viele Nanostrukturen, wie Nanokugeln, Nanostäbe, Nanodrähte und Nanoblumen [11,12,13,14,15,16]. Zur Herstellung von ZnO-Nanostrukturen wurden verschiedene Synthesemethoden verwendet [17,18,19,20,21,22]. Unter diesen Methoden bietet der lösungsbasierte Polyolprozess aufgrund der einzigartigen Lösungsmitteleigenschaften, wie z Eigenschaften, zusätzlich zu ihrem amphiprotischen Charakter [23,24,25]. In den letzten Jahrzehnten wurden ZnO-Nanopartikel mit verschiedenen Größen und Morphologien, die aus dem Polyol-vermittelten Ansatz abgeleitet wurden, intensiv untersucht. Die Verarbeitungsparameter Polyol, Reaktionstemperatur und -konzentration, Anion, Hydrolyse oder Alkaliverhältnis und Additiv haben großen Einfluss auf die Größe und Morphologie der ZnO-Partikel [11,12,13,14,15,16,17,18,19, 20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31]. Die kugelförmigen Oxidpartikel mit einer Größe von 20–500 nm sind häufige Morphologien bei der Verwendung von Ethylenglycol (EG) als Lösungsmittel und Zn(OAc)₂ ·2H₂ O als Zn-Quelle [23, 28, 30]. Das Aggregationsverhalten der ZnO-Nanokristalleinheiten zur Bildung polykristalliner Kugeln wurde bestätigt [18, 24, 26, 27].

In dieser Arbeit haben wir erstmals erfolgreich ZnO-Nano-Clips nach dem einfachen Polyol-Verfahren mit Zinkacetat-Hydrat (Zn(OAc)₂ . hergestellt ·nH₂ Oh, n < 2) und EG ohne zusätzliches H₂ O oder andere Zusätze. Die Wirkung der Lösungskonzentration auf die Morphologie wurde eingehend untersucht und der mögliche Wachstumsmechanismus wurde vorgeschlagen.

Methoden

Alle Reagenzien waren von analytischer Qualität und wurden ohne weitere Reinigung verwendet. 9,2 mg Zinkacetathydrat (Zn(OAc)₂ ·nH₂ Oh, n < 2) wurde in 5 ml Ethylenglykol (EG) gelöst, um etwa 0,01 mol/l (M) farblose Lösung zu erhalten. Die Lösung wurde dann auf einer Heizplatte auf 170 °C unter magnetischem Rühren für 1–3 h erhitzt. Die Lösung begann sich nach 6-7 min mit milchiger Flockenbildung zu trüben. Während der Reaktion wurde der Niederschlag zentrifugiert, mehrmals bei 2000–3000 U/min mit Ethanol und entionisiertem Wasser (Volumenverhältnis 4:1) gewaschen und bei Raumtemperatur über Nacht zur strukturellen und morphologischen Charakterisierung getrocknet. Einige Proben wurden auch bei 400 und 600 °C für 2 h in einem Röhrenofen mit einer Anstiegsgeschwindigkeit von 2 °C/min in Luft geglüht. Die Lösungen mit verschiedenen Zn(OAc)₂ ·nH₂ O-Konzentrationen von 0,005, 0,125, 0,015, 0,05 und 0,2 M wurden ebenfalls hergestellt, um die Wirkung der Lösungskonzentration zu untersuchen.

Die Kristallinität und Phasen der Proben wurden mit einem Röntgendiffraktometer (D/max 2000, Rigaku) ​​mit Cu kα-Strahlung (λ = 1,5405 ). Die morphologischen Beobachtungen wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM; Quanta TM 50, FEI) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM; Tecnai G2 F20, Philips) durchgeführt. Die thermische Stabilität der präparierten Proben wurde durch Thermogravimetrie-Differential-Thermo-Schwerkraft-Analysen (TG-DTG; STA 409 PC, Netszch) im Luftstrom mit einer Aufheizrate von 20 °C/min charakterisiert. Die Fourier-Transformations-Infrarotspektren (FTIR) von so vorbereiteten und getemperten Proben wurden im Bereich von 4000–400 cm ^− 1 . aufgenommen mit einem FTIR-Spektrometer (FTIR; Spectrum, PerkinElmer) unter Verwendung von gepressten KBr-Pellets. Die spezifische Oberfläche nach Brunauer-Emmett-Teller (BET) wurde mit dem Oberflächengerät (TriStar-3000, Micromeritics) abgeschätzt. Darüber hinaus wurde die optische Eigenschaft der getemperten Probe auch mit einem Spektrophotometer für ultraviolette-sichtbare-nahe Infrarotstrahlung (UV-sichtbar-NIR) (UV-3600, Shimadzu) gemessen.

Ergebnisse und Diskussion

Morphologie von ZnO-Nano-Clips

Basierend auf einigen Literaturangaben [23, 28, 30] können ZnO-Nanopartikel mit sphärischer oder elliptischer Form in EG-Lösungsmittel unter Verwendung von Zn(OAc)₂ . gebildet werden ·2H₂ O als Zn-Quelle bei 160 oder 198 °C. Unter unseren Verarbeitungsbedingungen von 5 ml 0,01 M Zn(OAc)₂ ·nH₂ O-Lösung bei 170 °C Reaktionstemperatur, 2 h ohne zusätzliche H₂ .-Zugabe O, ZnO-Nanoclips mit besserer Monodispersion wurden durch einen einfachen Polyolprozess hergestellt, wie in Abb. 1 gezeigt. Proben im präparierten Zustand zeigen eine klare clipähnliche Morphologie mit einer großen Menge an Clips und leichten Nanopartikeln (Abb. 1a). Nach einer Temperung bei 600 °C bleibt die Morphologie im Wesentlichen unverändert (Abb. 1b). Wir führten auch TEM- und hochauflösende TEM (HRTEM)-Beobachtungen an 400 °C getemperten ZnO-Proben durch, wie in Abb. 1c zu sehen ist. Und die Nano-Clip-Morphologie kann wieder beobachtet werden. Basierend auf den HRTEM-Bildern lokaler Vergrößerung von 400 °C-Proben kann beobachtet werden, dass ZnO-Clips aus vielen aggregierten Nanokristallen (~ 3 bis 15 nm) mit polykristallinen Strukturen bestehen. Abbildung 1d zeigt die Skizze eines ZnO-Nanoclips mit einer Breite (W) von 50–100 nm, einer Länge (L) von ~ 1–3 μm und einem Durchmesser (D) von 10–30 nm. Obwohl ZnO extrem viele Nanostrukturen aufweist, ist eine solche Morphologie wie der Nano-Clip unseres Wissens nach immer noch sehr einzigartig und neu, was insbesondere durch einen einfachen Polyol-vermittelten Ansatz nicht beschrieben wurde.

REM-Bilder von (a ) wie zubereitet und (b ) 600 °C getemperte ZnO-Nanoclip-Proben. TEM-Bilder von (c ) 400 °C getemperte ZnO-Nano-Clips. Die Einsätze von (c ) sind entsprechende HRTEM-Bilder mit lokaler Vergrößerung. (d ) Skizzendiagramm des ZnO-Nanoclips

Struktur von ZnO-Nano-Clips

Abbildung 2a zeigt die Röntgenbeugungsmuster (XRD) von präparierten, 400 und 600 °C getemperten ZnO-Nanoclips. ZnO-Clips wie präpariert wurden meist mit einer hexagonalen Wurtzitphase (JCPDS36-1451) kristallisiert. Einige XRD-Peaks stammen von (100), (002), (101), (102), (110), (103), (112) und (201) Ebenen, was auf die polykristalline Natur von ZnO-Nanoclips hindeutet , in guter Übereinstimmung mit den obigen HRTEM-Ergebnissen (Abb. 1c). Nach dem Glühen bei 400 und 600 °C werden diese XRD-Röntgen stärker und schärfer, was eine verbesserte Kristallinität bezeugt. Basierend auf der Halbwertsbreite (FWHM) von drei stärkeren Peaks von (101), (100) und (002) wird die durchschnittliche Kristallitgröße von so synthetisierten 400- und 600 °C-Nanoclips zu etwa 11,5, 21,0 bzw. 24,8 nm unter Verwendung der Scherrer-Gleichung. Offensichtlich verbessert das Tempern die Kristallinität von ZnO-Nanoclips signifikant und erhöht die durchschnittliche Größe von Nanokristallen, die Nanoclips bilden. Basierend auf großen Mengen an SEM-Beobachtungen gibt es jedoch keine signifikanten Veränderungen in der Morphologie und Größe der Nanoclips.

(a ) XRD-Muster von präparierten, 400 und 600 °C getemperten ZnO-Nanoclip-Proben. (b ) TG-DTG-Kurven von an der Luft erhitzten ZnO-Nanoclips wie hergestellt. (c ) FTIR-Spektren von präparierten, 400 und 600 °C getemperten ZnO-Nanoclip-Proben. (d ) UV-sichtbares Absorptionsspektrum von präparierten, 400 und 600 °C getemperten ZnO-Nanoclip-Proben. Die Einfügung in (d ) ist eine entsprechende Kurve von (αhv ) ² Abhängigkeit von hv

Abbildung 2b zeigt die TG-DTG-Kurven von präparierten ZnO-Nanoclips mit einer Heizrate von 20 °C/min in Luft bis 700 °C. Die DTG-Kurve zeigt drei Gewichtsverlustpeaks bei etwa 118, 180 und 400 °C, die mit der Verflüchtigung von Essigsäure und EG bzw. der starken Zersetzung und Verbrennung des Esters zusammenhängen. Die TG-Kurve bestätigt einen geringen Gewichtsverlust (~ 7%) von Raumtemperatur bis 600 °C. Nach 600 °C bleibt das Gewicht aufgrund der vollständigen Entfernung organischer Spezies in ZnO-Nanoclips im Wesentlichen unverändert, gemäß dem folgenden FTIR-Ergebnis einer bei 600 °C getemperten ZnO-Probe (Abb. 2c).

Abbildung 2c zeigt die FTIR-Spektren von vorbereiteten, 400 und 600 °C getemperten ZnO-Nanoclip-Proben. Das so hergestellte Produkt zeigt mehrere Absorptionsbanden, die einigen organischen Gruppen oder ZnO zugeschrieben werden. Die starke Adsorptionsbande bei 400–600 cm ^− 1 stammt aus der Streckschwingungsmode von Zn–O im Bereich niedriger Wellenzahlen, was die Bildung von ZnO demonstriert. Der Peak bei etwa 800 cm ^− 1 wird dem Streckschwingungsmodus der OH-Bindung in Alkohol und der Absorptionsbande im Bereich von 1020–1090 cm ^− 1 . zugeordnet gehört zur C-OH-Bindung, was darauf hindeutet, dass die so hergestellten Proben eine geringe Menge Polyol enthalten. Die Peaks bei 1260 und 1727 cm ^− 1 resultieren aus der Streckschwingung von C–O- und C=O-Bindungen, was das Vorliegen von Estern oder Glykolaten in den so hergestellten Bindungen impliziert. Zwei Absorptionsbanden bei ungefähr 1587 und 1413 cm ^− 1 entsprechen den asymmetrischen bzw. symmetrischen Streckschwingungen von C=O und C–O in den Acetat(COO)-Gruppen [3, 20, 26]. Eine Aufspaltung zwischen den asymmetrischen und symmetrischen Carboxylat-Streckbanden (Δ) im Bereich von 130–200 cm ^− 1 ist typisch für Brückenkomplexe [32]. Hier ist der Δ-Wert von 174 cm ^− 1 schlägt den verbrückenden Bindungsmodus in synthetisierten ZnO-Nanoclips vor. Zusätzlich ist der kleine Absorptionspeak (gekennzeichnet mit *) bei 1343 cm ^− 1 ist auf schwach gebundene Essigsäuremoleküle zurückzuführen, was darauf hindeutet, dass leichte Essigsäure an der Oberfläche der so synthetisierten ZnO-Nanoclips adsorbiert wird, in Übereinstimmung mit den vorherigen Berichten [11, 26].

Nach dem Tempern bei 400 °C, mit Ausnahme des extrem schwachen Absorptionspeaks (bezeichnet mit ☆) bei 1587 cm ^− 1 von C=O sind die anderen IR-Absorptionsbanden von HAc, Ester und EG verschwunden, in Übereinstimmung mit den TG-DTG-Ergebnissen in Fig. 2b. Darüber hinaus ist die Absorptionsbande bei 1628 cm ^− 1 wird auf die Biegeschwingung der Hydratation oder Wasseradsorption zurückgeführt [26]. Das schwache Breitband im hohen Wellenzahlbereich von 3440 cm ^− 1 bestätigt die Existenz von Hydroxylgruppen in der Oberfläche des Metalloxids sowohl vor als auch nach dem Glühen bei 400 °C. Nach dem Glühen bei 600 °C werden die organischen Verbindungen und die Hydroxylgruppe vollständig entfernt. Nur die starke Bande bei 434 cm ^− 1 von Zn-O können Streckschwingungen beobachtet werden, was auf die reine ZnO-Bildung bei 600 °C hinweist. Die Verschiebung und Verbreiterung des Zn-O-Peaks nach dem Tempern bei 400 und 600 °C könnte mit der verbesserten Kristallinität, Kristallitgröße und reduzierten organischen Spezies/Verunreinigungen zusammenhängen.

Optische Eigenschaften und spezifische Oberfläche von ZnO-Nano-Clips

Abbildung 2d zeigt die UV-sichtbaren Absorptionsspektren von präparierten, 400 und 600 °C getemperten ZnO-Nanoclip-Proben. Der Einschub in (d) sind die entsprechenden Kurven von (αhv ) ² Abhängigkeit von hv . Die starke Absorption tritt unterhalb von etwa 390 nm auf.

Die direkte Bandlücke (Eg) von ZnO kann abgeschätzt werden durch (αhv ) ² = c (hv − ZB ) [33], wobei α ist der Absorptionskoeffizient und hv ist die Emissionsphotonenenergie. Die berechnete Bandlücke von 400 und 600 °C warmen ZnO-Proben wie vorbereitet beträgt 3,24, 3,28 bzw. 3,27 eV, in Übereinstimmung mit 3,2 eV von ZnO-Nanopartikeln durch Polyolsynthese [28]. Warum nimmt die Bandlücke anfangs zu und nimmt dann mit der Glühtemperatur leicht ab? Wir denken, dass dafür mehrere Faktoren verantwortlich sein werden. Einerseits nimmt die Bandlücke von Nanomaterialien mit zunehmender Nanokristallgröße ab. Andererseits haben die kristallinen Pulver eine größere Bandlücke als die amorphen. Unterdessen könnte die verringerte Kohlenstoffverunreinigung im Metalloxid die Bandlücke vergrößern. Basierend auf den XRD- und FTIR-Ergebnissen zeigten 400 °C ZnO-Proben eine bessere Kristallinität und einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt. Obwohl die Nanokristallgröße in 400 °C ZnO-Nanoclips größer wird, überwiegen die offensichtlich verbesserte Kristallinität und reduzierte Kohlenstoffverunreinigungen, was zu einer erhöhten Bandlücke führt. Beim Weiterglühen bei 600 °C wird die leicht reduzierte Bandlücke hauptsächlich auf den Korngrößeneffekt zurückgeführt.

Die spezifische Oberfläche des vorbereiteten ZnO-Nanoclips beträgt etwa 88 m ² /g. Nach einer Temperung bei 400 °C sinkt sie auf ~ 59 m ² /g, was mit der erhöhten Kristallitgröße, der erhöhten Korndichte und den verringerten Poren und Defekten nach der thermischen Behandlung zusammenhängt [26].

Auswirkung der Lösungskonzentration auf die ZnO-Morphologie

Um die Wirkung der Reaktantenkonzentration auf die Bildung und Morphologie von ZnO-Proben durch das Polyolverfahren zu untersuchen, wurde das Zn(OAc)₂ ·nH₂ Die Konzentration der O-Lösung variierte von 0,005 bis 0,01, 0,0125, 0,015, 0,05 und 0,2 M durch Festlegen anderer Reaktionsparameter. Wenn das Zn(OAc)₂ ·nH₂ Die Konzentration der O-Lösung beträgt 0,005, 0,01 und 0,0125 M, die ZnO-Nanoclips können mit leichten Nanopartikeln hergestellt werden, wie in Abb. 1b gezeigt. Erhöht man die Lösungskonzentration auf 0,015 M, verschwinden ZnO-Nano-Clips und nur ZnO-Nanopartikel mit elliptischen Formen (~ 435 × 200 nm) können in Abb. 3a gebildet werden, ähnlich wie in früheren Literaturergebnissen [25, 28, 30]. Bei weiterer Erhöhung der Lösungskonzentration auf 0,05 M zeigt das REM-Bild eine Mischung aus elliptischen (~ 220–260 × 100–140 nm) oder sphärischen (100–260 nm) Partikeln mit mehreren Mikrometern unregelmäßigen Aggregaten in Abb. 3b. Darüber hinaus wird die Reaktion mit zunehmender Konzentration der Lösung schnell. Die Trübungszeit der Lösung verkürzt sich von 7 min bei 0,01 M auf 4,5 min bei 0,2 M. Die ZnO-Produkte von 0,2 M weisen eine unordentlichere Aggregatmorphologie mit ~ 30 nm kleinen Kugeln auf.

REM-Aufnahmen von ZnO-Proben unter verschiedenen Bedingungen von (a ) 0,015 M, 5 ml und 170 °C und (b ) 0,05 M, 5 ml und 170 °C

Der mögliche Wachstumsmechanismus von ZnO-Nano-Clips

Um den möglichen Wachstumsmechanismus der Bildung von ZnO-Nanoclips aufzuklären, führten wir auch SEM-Beobachtungen der so erhaltenen frühen ZnO-Präzipitation bei einer Reaktionszeit von 12 min aus 0,01 M Lösung bei 170 °C durch. Abbildung 4 zeigt REM-Aufnahmen von ZnO-Proben mit verschiedenen Reaktionszeiten von 12 min und 2,5 h.

REM-Aufnahmen von ZnO-Proben aus 0,01 M Zn(OAc)2·nH₂ O-Lösung bei 170 °C mit Reaktionszeiten von (a –c ) 12 Minuten und (d –f ) 2,5 Std. Die Einfügung von (c ) ist die lokale Vergrößerung einer Nanoring-Morphologie

Bei geringer Vergrößerung (× 5000) zeigen ZnO-Proben, die nach 12 min und 2,5 h erhalten wurden, ähnliche Morphologien mit federartigen Aggregaten in Abb. 4a, d. Bei weiterer Vergrößerung der Vergrößerung (× 50.000) für eine 12-Minuten-Probe können wir in Abb. 4b keine klaren Merkmale und Details erkennen; für eine 2,5-h-Probe sind jedoch in Abb. 4e akkumulierte Nano-Clips deutlich zu sehen. Es ist erwähnenswert, dass die frühe Morphologie von Nanoclips wie Nanoring oder Halbring in der 12-Minuten-Probe in Abb. 4c gefunden wurde. Dies ist ein wichtiger Hinweis, um den Bildungsmechanismus von ZnO-Nanoclips zu erklären. Darüber hinaus erkennen wir auch einige Teile von Nano-Clips in der 2,5-h-Probe, wie Nanodraht, Nano-Stick und nicht geschlossener Clip in Abb. 4f.

In unserem Herstellungsverfahren für ZnO-Nanoclips wird das Zn(OAc)₂ ·nH₂ Die Konzentration der O-Lösung beträgt 0,01 M und ist offensichtlich niedriger als die der meisten Referenzen [23, 24, 28, 29, 30]; In der Zwischenzeit werden 5 ml EG-Lösungsmittel kein zusätzliches Wasser oder Alkali wie NaOH oder Verkappungsmittel von Polyvinylpyrrolidon (PVP) zugegeben. Darüber hinaus enthält unsere verwendete Zn-Quelle relativ weniger Hydratwasser (n < 2) durch Wasserverlust durch längere Lagerung. Die mögliche Bildung von ZnO-Nano-Clips kann wie folgt beschrieben werden:

Zuerst Zn(OAc)₂ ·nH₂ O löst sich in EG-Lösungsmittel in etwa 1 Minute bei 170 °C auf. Zinkacetathydrat reagiert mit EG und bildet die Zwischenstufe von Alkoxyacetatkomplexen wie Zn(OAc)(OCH₂ CH₂ OH)_x durch teilweises Ersetzen von Acetatanionen und Wassermolekülen (Gl. 1), wie durch FTIR-Spektren in Abb. 2c bestätigt. Die Bildung der Koordinationsbindungen zwischen den Zn ²⁺ und das Lösungsmittel von Diethylenglykol (DEG) und EG wurde auch in mehreren früheren Arbeiten beobachtet [24, 28, 29]. Poulet al. haben die Existenz des Alkoxyacetat-Komplexes von Zn(OAc)₃ . nachgewiesen (OCH₂ CH₂ OH) und Zn₃ (OAc)₄ (O(CH₂ )₂ O(CH₂ )₂ O) [34, 35]. Anschließend polymerisieren Alkoxyacetatkomplexe weiter und bilden ein Linienpolymer (Gl. 2). Acetat und EG wirken als verbrückender Ligand, der die Polymerisation ermöglicht. Die FTIR-Spektren von so hergestellten ZnO-Nanoclips zeigen ebenfalls den Brückenbindungsmodus in Abb. 2c. Hier induziert das Linienpolymer wie ein Templat das Wachstum von ZnO-Nanokristallen entlang der langen Kette durch thermische Zersetzung oder langsame Hydrolyse, um einen ZnO-Nanodraht und einen Nanoring zu erhalten. Nach ausreichender Reaktionszeit (≥ 1 h) werden schließlich die ZnO-Nanoclips aus dem ZnO-Nanodraht und dem Nanoring gebildet, wie in Abb. 5a gezeigt.

Entwicklungsschemata von (a) ZnO-Nano-Clip und (b ) ZnO-Partikelbildung über zwei mögliche Polyol-vermittelte Wege

Der Einfluss anderer Verarbeitungsparameter wie Reaktionstemperatur, Additive, Lösungsmittel wie PVP und Zn-Quellen auf die Bildung von ZnO-Nanoclips wurde in Zusatzdatei 1 veranschaulicht. Die nichthydrolytische Alkoholysereaktion zwischen Zn(OAc)₂ ·nH₂ O und EG beginnen bei der Herstellung von ZnO-Nanokristallen zu dominieren [36, 37]. Die H₂ O-Menge und OH ⁻ Konzentration einen wichtigen Einfluss auf die Morphologie und Korngröße von Polyol-vermittelten ZnO-Produkten [23, 24, 27, 28, 29, 30]. Das hohe Hydrolyseverhältnis (>   50) in EG führt zur Bildung von Hydroxyacetat [23]. Laut Literaturberichten [23, 24, 26] begünstigt Hydroxyacetat unter diesen Bedingungen die Bildung von ZnO-Nanopartikeln. Das –Zn-OH wird durch einen Alkoholyse-Weg basierend auf einer Ester-Eliminierungsreaktion gebildet (Gl. 3), dann führt die Polykondensation von –Zn-OH und –Zn-O-Ac oder –Zn-OH zur fortschreitenden Entwicklung des ZnO-Kerne durch Abspaltung von Essigsäure oder H₂ O (Gl. 4 und 5), die mit der langsamen Hydrolyse einhergehen könnte [28]. Gleichung 5 entspricht der von Gaudon et al. vorgeschlagenen erzwungenen Hydrokondensation. [27]. Schließlich wachsen die ZnO-Kerne, um ZnO-Nanokristalle zu bilden. Diese Nanokristalle aggregieren zu kugelförmigen oder elliptischen Nanopartikeln, wie in Fig. 5b gezeigt. Es ist konkurrenzfähig zwischen den beiden Arten von Polyol-Reaktionswegen zusammen mit der Änderung der Verarbeitungsparameter.

Schlussfolgerungen

Erstmals wurden auf einem einfachen Polyol-vermittelten Weg faszinierende ZnO-Nanoclips mit besserer Monodispersion hergestellt. Der Einfluss der Lösungskonzentration auf die Bildung von ZnO-Nanoclips wurde eingehend untersucht. Wir beweisen, dass Zn(OAc)₂ ·nH₂ O kann mit EG ohne Zugabe von Wasser oder alkalisch reagieren, wobei bei 170 °C eine reine ZnO-Phase mit polykristalliner Wurtzit-Struktur entsteht. Die Form der ZnO-Nano-Clips bleibt mit verbesserter Kristallqualität nach dem Tempern bei 400–600 °C konstant. Der mögliche Wachstumsmechanismus basierend auf einer Konkurrenz zwischen Komplexierung und Alkoholyse zwischen Zn(OAc)₂ ·nH₂ O und EG wurden vorgeschlagen. Bei einer Lösungskonzentration von ≤ 0.0125 M in 5 mL Lösung bei 170 °C überwiegen die Komplexierungs- und Polymerisationsreaktionen, hauptsächlich die Bildung von ZnO-Nanoclips. Wenn die Lösungskonzentration 0,015 M beträgt, werden die Alkoholyse- und Polykondensationsreaktionen dominant, was zur Bildung von ZnO-Partikeln mit sphärischer oder elliptischer Form führt. Aufgrund spezieller Nanostrukturen und größerer spezifischer Oberfläche sind ZnO-Nanoclips ein vielversprechendes Material als Photokatalysator zum Abbau schädlicher Schadstoffe in Abwasser und Gas, Anodenmaterial von Lithiumbatterien oder Superkondensatoren zur elektrochemischen Energiespeicherung und Sensor zur Erkennung gefährlicher Gase.

Abkürzungen

WET:

Brunauer-Emmett-Teller

DEG:

Diethylenglykol

ZB:

Ethylenglykol

FTIR:

Fourier-Transformations-Infrarotspektren

FWHM:

Volle Breite auf halbem Maximum

HRTEM:

Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie

NIR:

Nahinfrarotstrahlung

PVP:

Polyvinylpyrrolidon

SEM:

Rasterelektronenmikroskopie

TEM:

Transmissionselektronenmikroskopie

TG-DTG:

Thermogravimetrie-differentielle thermische Schwerkraft

UV:

Ultraviolett

XRD:

Röntgenbeugung