【doc】纳米氧化锌的制备及其性能应用研究进展

【doc】纳米氧化锌的制备及其性能应用研究进展 纳米氧化锌的制备及其性能应用研究进展 2011年第20卷第1期 纳米氧化锌的制备及其性能应用研究进展药学专论 马旖旎,徐维平,于小丽,汪菲,杨金敏 (1.安徽中医学院研究生部,安徽合肥230038;2.安徽省立医院,安徽合肥230001) 摘要:目的介绍纳米氧化锌的制备方法及其性能应用新进展.方法对近年来关于纳 米氧化锌的制备方法及其性能应用的相关文献进行 系统性查阅,对其制备方法的优缺点进行分析,并对纳米氧化锌的几种应用,生产 提出了展望.结果氧化锌是一种高效,无毒性,价格低廉 的重要光催化剂.结论随着环境污染的日益严重,纳米氧化锌在光催化降解有机污 染物方面的应用将越来越重要. 关键词:纳米氧化锌;制备;抗菌;应用;进展 中图分类号:R944文献标识码:A文章编号:1006—4931(2011)01—0001—03 PreparationandApplicationResearchofNanoZincOxide MaHnii,Xu~VeipinJ,YuXiaolii,WangFeii,Yang~nmini r.DepartmentofPostgraduates,AnhuiUniversityofTraditionalChineseMedicine,Hefei,A nhui,China230038; 2.AnhuiProvincialHospital,Hefei,Anhui,China230001 Abstract:ObjectiveTointroducethenewprogressonpreparationandapplicationofnano— ZnOasanewtypemuhifunctioninorganic materia1.MethodsTherelatedliteraturebothinChineseandEnglishonpreparationmethods andapplicationofnano—ZnOwere systematicallyretrieved.Theadvantageandweaknessofaforesaidpreparationmethodsofn ano—ZnOwereanalyzed.Meanwhile,theprospects ofresearch,productionandapplicationofthosezincoxideproductswerereviewed.ResultsZ nOisawell—knownphotocatalystforitshigh efficiency,non— toxicnatureandlowcost.ConclusionWithincreasinglyseriousenvironmentalpollution,the applicationofnano—ZnOin thephotocatalyticdegradationoforganicpollutantwillbecomeincreasinglyimportant. Keywords:nano,ZnO;preparation;antibacterial;application;progress 纳米材料(nanomateria1)是指结构单元的尺寸在1,100nm, 介于宏观物体和原子簇之间的粒子,所现的特性如熔点,磁性, 光学,导热,导电特性等,往往不同于该物质在整体状态时所表现 的性质.纳米氧化锌(ZnO)作为一种新型多功能无机材料,物理化 学性质稳定,氧化活性高且廉价易得,是目前很多领域研究的热 点.纳米级ZnO具有表面效应,量子尺寸效应和小尺寸效应等,与 普通ZnO相比,表现出许多特殊的性质,如无毒,非迁移性,荧光 性,压电性,导电性等.】,以及在可见光范围内透明,在红外波段 高反射率等特性.因此,ZnO材料的应用广泛,从LCD或LED的透 明电极,化学传感器,铁电存储器,热反射器,到表面声波器件和低 损耗波导等,纳米ZnO都发挥了巨大的作用.现就其制备方法及性 能应用研究进展介绍如下. 1制备方法 1.1溶胶一凝胶法 该法采用提拉甩胶的方法将含锌溶胶均匀涂于基片上来制备 纳米ZnO薄膜.溶胶主要是利用锌的可溶性无机盐或有机盐配置 成前驱体,前驱体溶于溶剂中形成均匀的溶液(有时加入少量分散 剂和稳定剂),加入适量的凝固剂使盐水解,醇解或发生聚合反应 生成均匀,稳定的溶胶体系,再经过长时间放置(陈化)或干燥处理 使溶质聚合凝胶化,再将凝胶干燥,焙烧去除有机成分,最后得到 .早在1992年,德国Inst.werkstaffwissUniv.就 无机纳米ZnO材料 报道了以乙酸锌为原料,采用溶胶一凝胶法制得了粒径在100nm 的高纯纳米ZnO粉体,使得利用该法制备纳米级粉体成为可能】. 该法的特点是可以在溶胶中添加各种必要的掺杂剂,容易实现对 多种元素掺杂的ZnO薄膜的制备,是目前国内外产业化制备ZnO薄 膜使用较多的方法.Jim6nez—Gonzalez等用该法制备出光电性质 良好的掺铝ZnO薄膜,铝的掺入增强了ZnO 薄膜的导电性. 1.2水热合成法 与溶胶一凝胶法相比,水热合成法更有 利于环境净化,具有较好的发展前景.水热 合成法是指在密闭体系中,以水为溶剂,在 中国药业ChinaPharmaceuticals 一 定温度和水的自身压强下,原始混合物进行反应的一种合成方 法.水热合成法制备纳米ZnO颗粒的反应实质是将可溶性锌盐和 碱液混合形成Zn(OH)的"沉淀反应",与Zn(OH):脱水生成ZnO 的"脱水反应"融合在同一反应器内完成,从而得到比普通水热反 应颗粒小许多的结晶完好的ZnO晶粒.Sun等用该法成功制备出 了花状,星状三维ZnO.水热合成法制备的纳米ZnO颗粒结晶完 好,且工艺相对简单,无需高温焙烧,但粒子的粒径较大,反应要在 高压下进行,对实验设备的要求较高. 13化学气相沉积法 这是迄今制备纳米材料应用最广泛的气相法.该法是在一个 加热的衬底上,通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元 素反应来形成纳米材料,该方法主要分为热分解反应沉积和化学 反应沉积,具均匀性好,可对整个基体进行沉积等优点,其缺点是 衬底温度高.采用气相法所制备的ZnO纳米粉体表面清洁,形态各 异,颗粒尺寸大小一般在10,100nm范围内.迄今已报道的特殊 形态包括纳米悬臂状ZnO[,纳米钉和纳米桥…】,纳米线…],纳米 带,纳米ZnO分级组织[13等.与固相法,液相法相比,气相法虽 然具有颗粒纯度高,粒径小,组分易控制等优点,但制备装置及生 产成本较其他方法高,且产量也一般,不适宜工业化生产. 2抗菌性能及应用 21抗菌机理 纳米ZnO具有很高的光催化活性,是一种光催化半导体抗菌 剂.作为一种半导体,ZnO是直接跃迁,宽禁带半导体材料(E= 3.37eV)",相当于波长为368nm光子的能量,有较高的激 子束缚能(60meV),当能量大于或等于能隙的光(砌?)照射 时,纳米ZnO吸收能量高于其禁带宽度的短波光辐射,产生电子 跃迁,自行分解出自由移动的带负电的电 子(e一),同时留下带正电的空穴(h),形成 空穴一电子对,空穴可以激活氧和氢氧根, 使吸附于其上的水和空气变成活性的氧和 氢氧根(见图1),它们具有很强的氧化还原 作用,损伤细菌的细胞膜而产生杀灭细菌 药学专论 的作用. H2O2,O2.?HO2 图1纳米ZnO的光催化作用机制 纳米级的ZnO粒径小,比表面积大,表面原子多,光吸收率大 大提高,吸附能力强,吸附的HO一,水分子,0:一增多,含氧小分子活 性物种也会随之增加,可提高反应效率.同时,由于纳米ZnO的氧 化还原电位也发生变化,由光激发而产生的价带空穴具有更正的 电位,导带电子具有更负的电位,因而氧化还原能力增强. 22应用 2.2.1制备抗菌除臭,消毒,抗紫外线产品 纳米ZnO在阳光尤其是紫外线照射下,具有极强的化学活性, 能与大多数有机物(包括细菌)发生氧化反应,从而杀死大多数病 菌和病毒.金属氧化物粉末对光线的遮蔽能力,在粉末粒径为光 波长的1/2时最大.在整个紫外光区(200,400nm),ZnO对光的 吸收能力比氧化钛强.纳米ZnO吸收紫外线的能力强,对UVA(长 波320,400nm)和UVB(中波280,320nm)均有屏蔽作用. 2.2.2用于环境保护,消除污染" 纳米ZnO由于尺寸小,比表面积大,表面键态与颗粒内部的不 同,表面原子配位不全等,导致表面的活性位置增多,加大了反应 接触面.因此,ZnO纳米催化剂的化活性和选择性都远远大于其传 统催化剂,催化速度是普通ZnO的100,1000倍,这大大增加了 ZnO吸附污染物的能力,从而提高了光催化降解有机物的能力.如 纳米ZnO粉体作为光催化剂可使污水中的Cr6变成Cr(OH)沉 淀,可用于污水处理,对环境污染治理有积极的作用.就禁带宽度 而言,ZnO是一种适合的可以替代TiO的光催化剂,并且ZnO廉 价,无毒,对环境中多种难降解的有机污染物都有很好的光催化去 除效果. 2.2.3用作新型防晒剂 近年来,防紫外线伤害的防晒产品发展迅速,越来越受到重 视.美国50%以上的化妆品中都添加了防晒剂.以往防晒剂多 为有机化合物,但近年来诸如纳米ZnO,TiOz和氧化铁红等一批无 机粉体的防晒剂倍受青睐,因为它们无毒,无味,对皮肤无刺激性, 热稳定性好,价格便宜,吸收紫外线能力强,对UVA(长波320, 400nm)和UVB(中波280,320nm)均有屏蔽作用.在日用化妆 品中添加纳米ZnO,既能屏蔽紫外线防晒,又能抗菌保健,防衰老, 具有很好的护肤美容作用,因而得到广泛使用. 3在其他领域的应用 31电,磁领域 ZnO晶体具有非常好的压电性能,同时介电常数很小,这使得 它成为转换器的首选材料.纳米ZnO是在低压电子射线下唯一可 发荧光的物质,光色为蓝色和红色.近年来浅色导电材料的研究也 是热点之一,导电ZnO主要用于涂料,树脂,橡胶,纤维,塑料和陶 瓷中作为导电的白色颜料,ZnO的导电性可赋予塑料和聚合物以 抗静电性.纳米ZnO依制备条件不同可获得光导电性,半导体和 导电性等不同性质,利用这种变异,可用作图像材料等. 32橡胶工业 纳米ZnO是制造高速耐磨橡胶制品的原料,如飞机轮胎,高级 ? 2? 2011年第20卷第1期 轿车用的子午线胎等,具有防止老化,抗摩擦着火,使用寿命长,用 量小等优点.纳米ZnO可作为活化剂,硫化剂,补强剂改性橡胶,并 可作为静电屏蔽材料,防日光老化材料,光致发光材料用于生产具 有相应功能的新型橡胶制品[2310使用纳米ZnO的胶料,不仅能够使 混炼胶混炼均匀,混炼时间缩短,工作效率提高,而且能够改善胶 料的加工安全性,提高橡胶的力学性能及与骨架材料的粘合性能, 从而进一步提高产品内在质量,延长产品使用寿命. 33敏感材料等领域 利用纳米ZnO随周围气氛中组成气体的改变,电阻也发生变 ,纳 化,可以对气体进行检测和定量测定,做成气体传感器1.另外米ZnO是一种很好的雷达波吸收材料.吸波材料的研究在国防 上具有重大的意义,这种"隐身材料"的发展和应用,是提高武器系 统生存和突防能力的有效方法. 4结语 目前,纳米ZnO在光催化和抗菌方面的研究已取得了长足进 展,在社会生活中的应用也取得了相当大的经济和社会效益,但相 关的研究还存在一些不足.由于ZnO原料来源广,光催化性能好而 成为光催化材料研究中的热点,但纳米ZnO的许多基本性质尚不 清楚,这在很大程度上制约了其应用.目前的开发方法大多为液相 法,阴离子的洗涤和除去及团聚问题是纳米ZnO最难解决和最重 要的问题,这直接关系到纳米ZnO的质量和性能;对ZnO的改性也 大多采用物理法,关于廉价的化学法改善ZnO性能的报道并不多 见.物理法对设备依赖性较强,因此研究廉价化学法制备ZnO及其 改性ZnO粉体具有很强的应用前景. 总之,纳米ZnO作为一种新型无机功能材料,从它的奇妙用途 可发现其广阔的市场和诱人的应用前景.随着研究的不断深入与 问题的解决,将有更多的优异性能被发现,相信纳米ZnO材料的应 用会更加广泛. 作者简介:马旖旎(1986一),女,安徽合肥人,在读硕士研究 生,研究方向为药剂学,(电子信箱)rainwhite998@sina.com;徐维 平,主任药师,硕士生导师,研究方向为药剂学和药理学,本文通讯 作者,(电话)0551—2283106(电子信箱)wpxu@mail.ustc.edu.cn. 参考文献: [1]DowlingAP.Developmentofnanotechnol.gies[J].Nanotoday,2004(9): 3O一35. 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Keywords:platinum—basedanticancerdrug;oxaliplatin;rawmaterial;stability 奥沙利铂(L—OHP,oxaliplatin)是继顺铂,碳铂之后的第3代铂 族金属抗肿瘤药,已在全球60多个国家使用,是治疗中晚期结 (直)肠癌的主要药物之一ll.目前,有关奥沙利铂的报道主要集 中在合成,化学性质,临床前及临床研究方面,尚未见其稳定性研 究的报道.笔者自2009年1月至2010年3月,从影响因素试验, 加速试验和长期试验3个方面对奥沙利铂原料药按照《欧洲药典》 国家科技型中小企业技术创新项目,项目编号:05C26215301434;昆明市科技 重点项目,项目编号:08G100110. 'm,》'lmIm,',,',,'m,',ml',m?,'m'm'llm''11.m,,'mm'lll,l,',ll',',ll,,',,m''),m',l? [J].NewJChem,2010,4:732—737. [9】WangZL,KongXY,ZuoJM.Inducedgrowthofasymmetricnanocan- tileverarraysonpolarsurfaces[J].PhysicalReviewLetters,2003,91 (18):185502. [10]LaoJY,HuangJY,WangDZ,eta1.ZnOnanobridgesandnanonails[J]. NanoLetters,2003,3(2):235—238. 【11]TcongYK,HuangCJ,ChengHM,eta1.Characterizationandfield—e— missionpropertiesofneedle—likezincoxidenanowiresgrownveni— callyonconductivezincoxidefilms【J].AdvancedFunctionalMateri— als,2003,13(10):81I一814. 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