水热法合成磷酸锌微晶薄膜

是 否 +2 论坛币

k人 参与回答

经管之家送您一份

应届毕业生专属福利!

求职就业群

赵安豆老师微信：zhaoandou666

经管之家联合CDA

送您一个全额奖学金名额~ !

立即领取

感谢您参与论坛问题回答

经管之家送您两个论坛币！

+2 论坛币

摘 要：水热条件下，金属锌片与不同的酸式磷酸盐反应，在金属锌片上沉积磷酸锌微晶薄膜，用粉末X 射线衍射(XRD)、
扫描电子显微镜(SEM)等技术分别对所得磷酸锌微晶薄膜的结构和形貌进行表征。结果表明，表面活性剂的类型对磷酸
锌微晶的形貌有很大影响，酸式磷酸盐反应物不同，得到的磷酸锌微晶的形貌和物相也不同。
关键词：磷酸锌；薄膜；形貌控制；水热合成
中图法分类号：TB 383 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2007)S1-0964-03
1 引 言
磷酸锌是应用广泛的新一代无毒性、无公害的防锈
颜料[1]，它能够有效的替代含有重金属铅、铬的传统防
锈颜料，既可用作醇酸、酚醛、环氧树脂等各类涂料的
基料，也用于生产无毒防锈颜料和水溶性涂料，还用作
氯化橡胶、合成高分子材料的阻燃剂；并且通常呈白色
或浅色，折射率低，因而极容易调色；原料易得, 价格
也适中。另外，以磷酸锌为骨架的磷酸盐具有类似沸石
的开放性介观微孔结构，不但可以作为催化材料、颜料、
防腐剂、气体分离与吸附剂、离子交换剂等用于石油与
天然气加工、精细化工、环境与核废料处理等方面，而
且在功能材料组装及药物嵌入等方面也表现出广阔的
应用前景。合成不同形貌结构、不同组成的磷酸锌是合
成化学和材料化学的重要研究内容。文献中报道了多种
方法制备各种形貌的磷酸锌微晶，例如：姜求宇等利用
ZnSO4·7H2O 和Na3PO4·12H2O 粉末作为反应物，在非
离子表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚存在下，室温合成
出磷酸锌纳米晶[2]，宋天佑等在乙二醇中合成出了片状
磷酸锌晶体[3]，Nenoff 等以手性葡萄糖分子为模板合成
出层状磷酸锌晶体[4]。
本实验在水热条件下利用金属锌片作为锌源直接
在金属锌片上沉积磷酸锌微晶薄膜。金属锌片既作为基
片又作为反应物，用该方法制备磷酸锌微晶未见报道。
2 实 验
首先将2.1 mmol NaH2PO4·2H2O 或Zn(H2PO4)2·2H2O，
0.5 mmol 尿素、0.1%非离子表面活性剂聚氧乙烯辛基苯酚
醚(OP-10)或0.8 mmol 阳离子表面活性剂十六烷基三甲基
溴化铵(CTAB)和超声水洗过的锌片一同放入容积为50
mL 的反应釡中，向釜中加入40 mL 去离子水，搅拌溶解
后，将反应釡拧紧放入烘箱中100 ℃下反应24 h，然后取
出反应釡自然冷却至室温，将锌片取出，分别用去离子水
和无水乙醇洗涤，以备检测表征。
样品的粉末 X 射线衍射(XRD)在日本理学Rigaku
D/Max r-A 转靶X-Ray 衍射仪上进行( 铜靶，
λ=0.154178 nm) ， 扫描电子显微镜(SEM) 照片在
JSM-6700F 型扫描电子显微镜上获得。
3 结果与讨论
图1 是NaH2PO4·2H2O 作为反应物制备的磷酸锌
样品的XRD 图。图中的衍射峰可以指标化为
Zn2(PO4)(OH)的衍射，说明所得样品为磷酸锌，图中
锌的衍射来自于衬底锌片的衍射。
图1 NaH2PO4·2H2O 作为反应物制备的磷酸锌样品的XRD 图
Fig.1 XRD pattern of the sample obtained from NaH2PO4·2H2O
10 20 30 40 50 60 70
2θ/(o)
Relative Intensity/a.u.
Zn
Zn
Zn
Zn
增刊1 刘章勇等：水热法合成磷酸锌微晶薄膜 ·965·
图 2 是NaH2PO4·2H2O 作为反应物，非离子表面
活性剂OP-10 存在时得到的磷酸锌样品的SEM 照片。
从图2a 可以看出，所得薄膜是由一束束棒状的磷酸锌
微晶紧密排列而成，微晶长几十微米，粗细约1.5 μm；
图2b 是单根微晶棒局部放大的SEM 照片，可以看出
磷酸锌微晶棒呈现出规则的棱柱状。
本实验的反应用反应方程式可描述为：
CO(NH2)2+H2O→CO2+NH4
+ +OH－ (1)
H2PO4
－→HPO4
2－+ H+ (2)
Zn+2H+→Zn2++ H2 (3)
Zn2++ PO4
3－+ OH-→Zn2(PO4)(OH) (4)
图 2 NaH2PO4·2H2O 作为反应物制备的磷酸锌样品的SEM 照片
Fig.2 SEM images of the sample obtained from NaH2PO4·2H2O:
(a, b) in the presence of OP-10 and (c) in the presence of
CTAB
实验发现表面活性剂的类型对磷酸锌微晶的形貌
有很大影响。图2c 是以NaH2PO4·2H2O 作为反应物，
阳离子表面活性剂CTAB 取代非离子表面活性剂
OP-10 时得到的磷酸锌样品的SEM 照片。从图2c 可
以看出所得薄膜由不规则的块状磷酸锌微晶构筑而
成，这些块状微晶长度3~10 μm，宽3~5 μm，小的块
状微晶又连成长的柱形结构。
众所周知，溶液中有机分子（表面活性剂、结构
导向剂）在无机晶体不同晶面上的选择性吸附，会限
制纳米颗粒的团聚[5]，影响晶体生长的形态和尺寸[6]。
晶体中不同晶面的表面能是不一样的，结构导向剂分
子在晶体不同晶面上的吸附作用因而也是不一样的，
这使得溶液中的微晶，有的晶面生长速率大，有的晶
面生长速率小，结果使微晶取向生长成具有规则形状
的晶体。
本实验中，不同表面活性剂存在下所得磷酸锌微
晶薄膜的形貌不同也可能与所加表面活性剂的分子结
构有关，分子结构不同的表面活性剂在磷酸锌晶粒表
面吸附所产生的亲和力不同，从而使得磷酸锌各晶面
的生长速率不同。由文献可知，OP-10 与磷酸锌晶粒
间产生的亲和力大于CTAB 与磷酸锌晶粒产生的亲和
力[7]，因而它在磷酸锌粒子表面的吸附程度大于CTAB
在磷酸锌粒子表面的吸附程度。所以当体系中存在
OP-10 时，表面活性剂分子与磷酸锌微晶各晶面的吸
附作用强，使得磷酸锌生长成规则的棱柱形微晶；当
加入阳离子表面活性剂CTAB 时，由于它与磷酸锌微
晶的吸附作用较弱，因而对磷酸锌微晶的形貌约束较
小，微晶的形状不太规则。
图 3 是在CTAB 存在下Zn(H2PO4)2·2H2O 与锌片
通过水热反应得到样品的XRD 图。图中的衍射峰可
以按照标准衍射卡片指标化为Zn3(PO4)2·3H2O 的衍
射，说明所得样品为磷酸锌（图中锌的衍射来自于衬
底锌片的衍射）。图4a 是该薄膜样品的SEM 照片，由
图可以看出所得薄膜是由方块状磷酸锌微晶紧密排列
构筑而成，方块微晶长10~15 μm，宽3~8 μm，厚3 μm
左右。图4b 是不加表面活性剂的情况下
Zn(H2PO4)2·2H2O 与锌片反应得到的磷酸锌微晶薄膜
的SEM 图片。由图可以看出所得薄膜是由形貌不规则
的磷酸锌微晶颗粒构成，颗粒堆积杂乱且疏松，尺寸
大小不一，从0.5 μm 到几十微米不等。
图 3 Zn(H2PO4)2·2H2O 作为反应物制备的磷酸锌样品的XRD 图
Fig.3 XRD pattern of the sample obtained from Zn(H2PO4)2·2H2O
a
b
c
10 20 30 40 50 60 70
2θ/(o)
Relative Intensity/a.u.
Zn
Zn
Zn
·966· 稀有金属材料与工程 第36 卷
图 4 Zn(H2PO4)2·2H2O 作为反应物制备磷酸锌样品的SEM照片
Fig.4 SEM images of the sample obtained from Zn(H2PO4)2·2H2O:
(a) in the presence of CTAB and (b) in the absence of
surfactant
4 结 论
反应物不同得到的磷酸锌微晶的物相也不同，当
以NaH2PO4·2H2O 作为反应物时， 得到物相为
Zn2(PO4)(OH)的微晶，当以Zn(H2PO4)2·2H2O 作为反
应物时，得到物相为Zn3(PO4)2·3H2O 的微晶。表面活
性剂不同，得到的磷酸锌微晶薄膜的形貌有很大差别，
当以NaH2PO4·2H2O 作为反应物，加入非离子表面活
性剂OP-10 时，薄膜由棱柱形磷酸锌微晶构成；加入
阳离子表面活性剂CTAB 时，薄膜由不规则微晶颗粒
构成，还得到了由方块微晶密排而成的磷酸锌薄膜。
参考文献 References
[1] Tang Motang (唐谟堂), Cheng Huayue (程华月). Inorganic
Chemicals Industry (无机盐工业)[J], 2000, 32(2): 29
[2] Jiang Qiuyu(姜求宇), Wu Wenwei(吴文伟), Liao Sen(廖森)
et al. Contemporary Chemical Industry(当代化工)[J], 2005,
34(4): 240
[3] Song Tianyou (宋天佑), Xu Jianing(徐家宁), Xu Ruren (徐如
人) et al. Chemical Journal of Chinese Universities (高等学
校化学学报)[J], 1994, 15(6): 807
[4] Nenoff Tina M, Thoma Steven G, Provencio Paula et al. Chem
Mater[J], 1998, 10: 3077
[5] Jia Xiaolin(贾晓林), Zhang Haijun(张海军), Tan Wei(谭伟)
et al. Rare Metal Materials and Engineering (稀有金属材料
与工程)[J], 2004, 33: 992
[6] Murphy C J. Science[J], 2002, 298: 2139
[7] Yuan Aiqun（袁爱群）, Gong Fuzhong（龚福忠）, Tong Zhangfa
(童张法). Surface Technology (表面技术)[J], 2005, 34(3): 54
Hydrothermal Synthesis of Zinc Phosphate Microcrystal Thin Films
Liu Zhangyong, Wang Likun, Hu Zhengshui, Wang Debao
(College of Chemistry and Molecular Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, China)
Abstract: Zinc phosphate microcrystal thin films were synthesized by the reaction of zinc foil with different phosphate sources via
hydrothermal method. The microstructure and morphology of the as-prepared samples were characterized by SEM and XRD. The
experimental results showed that the samples were mainly Zn2(PO4)(OH) when NaH2PO4·2H2O was used as reactant, while the samples
were mainly Zn3(PO4)2·3H2O when Zn(H2PO4)2·2H2O as reactant. The addition of surfactants in the system had important effects on the
morphologies of zinc phosphate microcrystals.
Key words: zinc phosphate; thin film; morphology control; hydrothermal synthesis
Biography: Liu Zhangyong, Master, College of Chemistry and Molecular Engineering, Qingdao University of Science and Technology,
Qingdao 266042, P. R. China, Tel: 0086-532-84022787
a
b

扫码加我 拉你入群

请注明：姓名-公司-职位

以便审核进群资格，未注明则拒绝

分享0 收藏0 回帖

关键词：水热法 Universities Experimental contemporary Engineering 薄膜 微晶 磷酸 水热法

几乎不懂··········