Une approche facile pour la préparation d'oxyde de zinc de taille nanométrique dans l'eau/le glycérol avec des sources de zinc extrêmement concentrées

Contexte

Les nanoparticules d'oxyde de zinc (ZnO) sont l'un des matériaux semi-conducteurs multifonctionnels les plus importants pour les applications dans les dispositifs électroniques et optoélectroniques [1], les cellules solaires [2], les dispositifs à émission de champ [3], les capteurs [4] et les photocatalyseurs [5] . Les nanoparticules de ZnO sont également généralement reconnues comme sûres et biocompatibles et ont été utilisées comme supports de médicaments et matériaux de remplissage médicaux [6], agents de photoluminescence dans les biocapteurs [7], absorbeurs d'UV dans les crèmes solaires et les matériaux de revêtement [8], et agents antibactériens dans de nombreux produits industriels [9, 10].

De nombreuses méthodes ont été développées pour synthétiser des nanoparticules de ZnO de différentes tailles et morphologies, notamment le dépôt chimique en phase vapeur [11], les méthodes sol-gel [12], les méthodes hydrothermales [13], l'ablation laser [14], les techniques de microémulsion [15], et autres [16]. En raison de leurs grandes surfaces spécifiques ainsi que de leurs énergies de surface élevées, les nanoparticules de ZnO ont tendance à s'agglomérer facilement. La plupart des approches nécessitent l'utilisation de stabilisants et de faibles concentrations de précurseurs de ZnO [17,18,19,20]. Ainsi, la plupart des procédés nécessitent une grande quantité d'eau ou de solvants organiques. De plus, des agglomérats durs apparaissent régulièrement avec l'utilisation de l'eau dans les procédés de synthèse, ce qui constitue un obstacle à l'application des nanoparticules de ZnO [21]. L'approche polyol s'est avérée appropriée pour la préparation de nanoparticules d'oxyde métallique [22]. Des nanoparticules de ZnO ont été synthétisées avec succès dans divers milieux polyols tels que l'éthylène glycol (EG) [23], le diéthylène glycol (DEG) [24], le 1,3-propanediol (PD) [25], le tétraéthylène glycol (TEG) [23] , et 1,4-butanediol (BD) [26]. La nucléation et la croissance des nanoparticules de ZnO ont été réalisées dans un polyol à haut point d'ébullition. Le polyol sert à la fois de solvant et d'agent stabilisant pour empêcher l'agglomération des nanoparticules. Chieng et Loo ont fabriqué des nanoparticules de ZnO de différentes tailles et formes en chauffant à reflux 1 mol/L (M) d'acétate de zinc (Zn(CH₃ COO)₂ ) dans EG, DEG et TEG à 160 °C pendant 12 h. Ils ont trouvé que la taille moyenne des particules de ZnO synthétisé augmentait avec l'augmentation de la longueur de la chaîne du glycol. La forme des nanoparticules de ZnO est passée de sphérique (EG), à sphérique et en tige (DEG), à des structures de type « diamant » (TEG) [23]. Mezni et al. nanoparticules de ZnO préparées avec un diamètre moyen de 5 nm en utilisant du 1,3-propanediol comme solvant et 1,2 mM de Zn(CH₃ COO)₂ comme précurseur à 160 °C pendant 1 h. Le 1,3-propanediol joue également le rôle de stabilisant et de matrice [25]. Les inconvénients du procédé polyol sont les faibles concentrations de précurseurs de ZnO et les températures élevées des systèmes réactionnels.

ZnCl₂ est un sel hautement soluble dans l'eau; sa solubilité est de 432 g/100 g d'eau à 25 °C (concentration la plus élevée jusqu'à 81,2 % en poids) [27]. De plus, c'est un précurseur de ZnO. Si le ZnO de taille nanométrique pouvait être obtenu à partir d'un ZnCl₂ concentré solution aqueuse, de nombreux problèmes pourraient être résolus, tels que la formation d'agglomérats durs et l'utilisation d'un environnement aqueux. Dans notre étude précédente, des nanoparticules de ZnO ont pu être préparées via la synthèse in situ de ZnO dans de l'amidon ou de la cellulose dissous par un ZnCl₂ hautement concentré. solution aqueuse (telle que 65 % en poids de ZnCl₂ solution aqueuse) [28, 29]. Cependant, dans de tels procédés, l'amidon ou la cellulose devraient être dissous par du ZnCl₂ concentré. solution aqueuse à ~ 80 °C pendant environ 2 h. Pour rendre le processus de synthèse plus facile à réaliser en une seule étape, avec une concentration élevée de précurseurs de ZnO à température ambiante et dans un temps de réaction court, le glycérol a été utilisé comme stabilisant dans un ZnCl₂ très concentré. solution aqueuse pour générer des nanoparticules de ZnO dans cette étude. Le glycérol est un polyol respectueux de l'environnement qui a une haute solubilité dans l'eau. Cependant, il a été rarement utilisé dans la synthèse de nanoparticules de ZnO [22,23,24,25,26, 30]. Par conséquent, notre étude se concentre sur les corrélations entre la taille et la morphologie des nanoparticules de ZnO ainsi que la concentration de ZnCl₂ solutions, rapports molaires glycérol/Zn ²⁺ , et les types d'hydroxydes. De plus, à l'heure actuelle, peu d'attention a été accordée à une voie simple pour fabriquer des nanoparticules de ZnO dans un système eau/glycérol, où l'eau agit comme solvant et le glycérol agit à la fois comme stabilisateur et matrice. La synthèse a été facilement réalisée en une seule étape avec des concentrations élevées de précurseurs de ZnO (ZnCl₂ et des solutions aqueuses de NaOH jusqu'à 80 et 50 % en poids dans l'eau, respectivement) et dans des conditions de réaction douces telles que la température ambiante et un temps de réaction court (10 min). De plus, la taille et la morphologie des nanoparticules de ZnO pourraient être contrôlées par la quantité de glycérol et la concentration de ZnCl₂ solutions.

Méthodes/Expérimental

Matériaux

ZnCl₂ , NaOH, KOH, LiOH, de l'eau ammoniacale et du glycérol de qualité analytique (usine de réactifs chimiques de Nanjing, Chine) ont été utilisés sans autre purification.

Préparation de la nanoparticule de ZnO

Tout d'abord, du glycérol a été ajouté au ZnCl₂ solutions aqueuses avec un certain rapport molaire de glycérol à Zn ²⁺ . Ensuite, une solution alcaline a été ajoutée goutte à goutte au ZnCl₂ -solution de glycérol à température ambiante sous agitation mécanique continue pour atteindre une valeur de pH finale de 12, après quoi la réaction s'est poursuivie pendant 5 min, les conditions de préparation des nanoparticules de ZnO ont été vues Tableau 1. A la fin de la réaction, un blanc une émulsion a été générée. Les émulsions blanches ont été lavées deux fois avec de l'eau et de l'éthanol, respectivement, et centrifugées (6000 tr/min, 10 min). Après séchage en étuve à 80 °C, les nanoparticules de ZnO ont été obtenues.

Caractérisation des nanoparticules de ZnO

Les diagrammes de diffraction des rayons X (XRD) ont été enregistrés à l'aide d'un diffractomètre à rayons X (Ultima IV, Japon). La morphologie des nanoparticules de ZnO a été étudiée par un microscope électronique à balayage (MEB) (JSM-7600F; JEOL, Tokyo, Japon) et un microscope électronique à transmission (MET) (JEM-2100, JEOL, Japon). Une spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) (système AXIS Ultra DLD, Royaume-Uni) a été utilisée pour identifier les états de liaison chimique du Zn et de l'O. Le spectre UV des nanoparticules de ZnO a été enregistré avec un spectrophotomètre UV-visible (Lambda 950, Perkin Elmer, États-Unis) et la longueur d'onde d'excitation maximale était de 325 nm.

Résultats et discussion

L'influence du rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ sur la taille et la morphologie des nanoparticules de ZnO

Dans un premier temps, le rôle du glycérol dans la synthèse des nanoparticules de ZnO a été étudié. L'influence du rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ sur la morphologie des nanoparticules de ZnO a été étudiée. La figure 1 montre l'effet du rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ sur la morphologie des nanoparticules de ZnO, car les réactifs étaient à 65 % en poids de ZnCl₂ et 50 % en poids de NaOH dans l'eau. Apparemment, les tailles des nanoparticules de ZnO préparées sans glycérol (Fig. 1a) étaient beaucoup plus grandes que celles préparées avec un stabilisateur de glycérol (Fig. 1b-e) sous la même concentration de ZnCl₂ . Les nanoparticules de ZnO préparées sans glycérol se sont révélées hétérogènes (Fig. 1a). Ces résultats indiquent que le glycérol, en tant que stabilisant, a joué un rôle important dans la formation de nanostructures de ZnO. Lorsque le rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ était de 0,33, le ZnO obtenu se composait de quelques particules globulaires et de nombreux bâtonnets de ZnO, d'environ 180 nm de longueur et 30 nm de diamètre ; le rapport d'aspect des nanoparticules de ZnO en forme de tige était d'environ 6 (Fig. 1b). Lorsque le rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ augmenté à 1 et 1,67, le ZnO obtenu était globulaire, avec des diamètres d'environ 40 à 80 nm et 30 à 60 nm, respectivement (Fig. 1c et Fig. 1d). De plus, des nanoparticules de ZnO uniformes et globulaires d'un diamètre d'environ 20 nm ont été obtenues au rapport molaire de 3,33 moles entre le glycérol et le Zn ²⁺ (Fig. 1e). On peut en déduire que le glycérol a joué un rôle important dans la procédure de synthèse décrite dans ce travail.

Images SEM de nanoparticules de ZnO obtenues à partir de 65% de ZnCl₂ solution aqueuse sous les différents rapports molaires du glycérol au Zn ²⁺ (un , 0:1; b , 0,33:1; c , 1:1; d , 1,67:1 ; e , 3.33:1) et (f ) le tableau des statistiques sur la morphologie et la taille des nanoparticules de ZnO (g ^* :globulaire, r ^# :tige)

Lorsque la concentration des ions zinc et OH ⁻ augmenter sans stabilisant, les noyaux de ZnO sursaturés s'agrègeraient plus facilement, devenant des nanoparticules de ZnO plus grosses et hétérogènes (vu de la Fig. 2(I)). Le glycérol possède trois groupes hydroxyle avec lesquels les ions zinc pourraient interagir pour former un complexe zinc-glycérol. Lorsque la solution de NaOH est ajoutée, le complexe zinc-glycérol réagit avec OH ⁻ pour former Zn(OH)₄ ²⁻ autour des groupes hydroxyle du glycérol. Ensuite, Zn(OH)₄ ²⁻ se déshydrate en ZnO près du glycérol. Pendant ce temps, la concentration élevée de NaOH (50 % en poids) provoque une explosion de nucléation homogène initiale de cristaux de ZnO, et les noyaux de ZnO sursaturés s'agrègent ensemble près du glycérol, qui agit comme un stabilisateur. Comme le montre la figure 2(II), à une faible teneur en glycérol dans le système glycérol/eau, l'effet bloquant du glycérol a été réduit, ce qui signifie que puisque moins de glycérol empêche la croissance et l'agglomération de ZnO dans le système de réaction, le résultat Les nanoparticules de ZnO étaient inégales et avaient une plus grande taille. Pendant ce temps, avec une teneur élevée en glycérol, la combinaison des groupes hydroxyle du glycérol et des ions zinc a considérablement réduit la concentration des ions zinc non liés. L'augmentation de l'effet bloquant du glycérol fait que le ZnO est beaucoup plus uniforme et présente la plus petite taille (vu de la figure 2(III)). En fait, les morphologies du ZnO pourraient être contrôlées par le rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ . En bref, le glycérol fonctionne comme un bloqueur d'agglomération et un stabilisateur de ZnO nanométrique à condition d'une source de zinc extrêmement concentrée et d'une solution alcaline.

Présentation schématique du rôle du glycérol dans le processus de synthèse des nanoparticules de ZnO

Les nanoparticules de ZnO ont été caractérisées par spectrophotométrie TEM, XPS, XRD et UV-visible. La figure 3 montre que la plupart des tiges de ZnO (avec quelques particules globulaires) ont été obtenues à partir du rapport mol de 0,33 mole de glycérol à Zn ²⁺ à une concentration de 65 % en poids de ZnCl₂ . Les tiges de ZnO avaient une large gamme de longueurs de 20 à 160 nm, notamment en raison de la croissance directionnelle inégale qui est apparue au cours du processus. Des particules globulaires de ZnO d'un diamètre d'environ 40 à 50 nm ont été obtenues lorsque le rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ était de 1 et la concentration de ZnCl₂ était de 65 % en poids en solution aqueuse. De plus, des nanoparticules de ZnO uniformes et globulaires d'un diamètre d'environ 15 à 25 nm ont été obtenues à partir du rapport molaire de 3,33 du glycérol au Zn ²⁺ lorsque la concentration de ZnCl₂ solution aqueuse était de 65 % en poids. Ces résultats étaient cohérents avec les résultats SEM (Fig. 1). Il a en outre été confirmé que le glycérol a un effet important sur la préparation de nanoparticules de ZnO. De plus, des nanoparticules de ZnO pourraient être générées en présence de glycérol en utilisant un ZnCl₂ relativement fortement concentré solution aqueuse à température ambiante.

Images MET de nanoparticules de ZnO obtenues à partir des différents rapports molaires du glycérol au Zn ²⁺ (un , 0,33:1; b , 1:1; c , 3.33:1). a-1, a-2 histogramme correspondant de (a ) goûter; b-1, c-1 histogramme correspondant de (b ) et (c ) échantillon respectivement

La composition en éléments et la liaison chimique des échantillons de ZnO ont été analysées plus avant par la technique XPS, comme le montre la figure 4. Les pics de Zn 3d, Zn 3p, Zn 3 s, Zn Auger et Zn 2p en plus des pics C1s et O1s ont été identifiés dans Fig. 4a. L'existence du pic C1s a démontré peu de glycérol résiduel dans les trois nanoparticules de ZnO. Le spectre Zn 2p montre un doublet (Fig. 4b), qui peut être identifié comme les raies Zn 2p3/2 et Zn 2p1/2, respectivement. Les différences d'énergie de liaison entre les deux raies sont de 23,0 eV (du rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ 0,33:1 et 3,33:1) ou 23,1 eV (du rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ 1:1), ce qui confirme que les atomes de Zn sont dans un état complètement oxydé dans tous les échantillons. La figure 4c montre les spectres XPS haute résolution O1s de ZnO. Pour les particules de ZnO en bâtonnets ou globulaires, les pics tous présentés à environ 530,4 eV sont attribués aux ions métalliques oxydés dans les nanoparticules, à savoir O-Zn dans le réseau de ZnO.

Spectres XPS de nanoparticules de ZnO obtenus à partir des différents rapports molaires du glycérol au Zn ²⁺ (un , large; b , Zn-2p; c , O-1s)

Seuls les pics de diffraction typiques de la structure cristalline de la wurtzite ZnO peuvent être observés sur la figure 5a. Les spectres d'absorption UV-vis des nanoparticules de ZnO sont présentés sur la figure 5b. Les nanoparticules de ZnO présentaient une absorption large et forte, avec un maximum à environ 380 nm. La figure montre que le ZnO pur de taille nanométrique peut être préparé à partir d'une source de zinc concentrée et d'un stabilisateur et d'un modèle de glycérol. De plus, les nanoparticules de ZnO possèdent des propriétés de blocage des UV. Par conséquent, les nanoparticules de ZnO préparées à partir de notre approche ont une application potentielle dans les crèmes solaires ou les matériaux de revêtement.

Modèle XRD (a ) et le spectre d'absorption UV-vis (b ) de nanoparticules de ZnO

L'influence de la concentration de ZnCl₂ Solutions aqueuses sur la taille et la morphologie des nanoparticules de ZnO

Des nanoparticules globulaires de ZnO pourraient être préparées via 65 et 50 % en poids de ZnCl₂ et des solutions aqueuses de NaOH, respectivement, à un rapport molaire de 1:1 entre le glycérol et le Zn ²⁺ (Fig. 1c). Pour étudier l'influence de la concentration de ZnCl₂ sur la taille et la morphologie des nanoparticules de ZnO, 50 % en poids de solution de NaOH et un rapport molaire de 1 : 1 entre le glycérol et le Zn ²⁺ étaient employés.

La figure 6 montre que la concentration de ZnCl₂ en solution a eu un effet évident sur les formes et les tailles des nanoparticules de ZnO. La forme du ZnO est passée de bâtonnets à globulaire en tant que concentration de ZnCl₂ augmenté sous obstruction avec du glycérol comme stabilisateur. Dans l'approche présentée, la forme des nanoparticules de ZnO a été modifiée et la taille des particules a diminué lorsque la concentration de ZnCl₂ solution aqueuse a été augmentée (en d'autres termes, le taux d'hydratation a été diminué). Les résultats obtenus dans ce système présentent le glycérol comme stabilisant car, sinon, la nanoparticule homogène de ZnO ne peut pas être préparée à partir d'une source de zinc aussi hautement concentrée (voir Fig. 1a). Pour une concentration de 50 % en poids de ZnCl₂ (taux d'hydratation de 7,56), les tiges de ZnO obtenues avaient une longueur d'environ 130 nm et un diamètre de 30 à 70 nm (Fig. 6a). Lorsque la concentration du ZnCl₂ solution aqueuse a augmenté à 65 % en poids (le taux d'hydratation a diminué à 4,07), le ZnO obtenu était globulaire, avec un diamètre d'environ 40 à 80 nm (Fig. 6b). De plus, comme le montre la figure 6c, des nanoparticules de ZnO uniformes et globulaires d'un diamètre d'environ 40 nm ont été obtenues à partir de 80 % en poids de ZnCl₂ solution aqueuse (taux d'hydratation de 1,89). En effet, les morphologies de ZnO pourraient être contrôlées par la concentration de ZnCl₂ solution aqueuse (ou le taux d'hydratation). Les résultats sont cohérents avec ceux de Poul et al. [31]. Cependant, dans leur procédé au polyol, le DEG a servi de solvant et une faible concentration de précurseurs de ZnO (inférieure à 0,3 M) au point d'ébullition du DEG a été utilisée. De plus, des nanoparticules de ZnO inégales et plus grosses ont été fabriquées en l'absence de glycérol à une concentration de 65 % en poids de ZnCl₂ (Fig. 1a). Dans cette étude, la nanoparticule de ZnO a été obtenue en utilisant du ZnCl₂ relativement concentré (80 % en poids, à savoir 29,3 M) à température ambiante. De plus, en présence de glycérol, la taille des nanoparticules de ZnO diminuait avec la concentration de ZnCl₂ solution aqueuse a augmenté, ce qui est en désaccord avec les résultats précédents. Il se peut que la concentration de ZnCl₂ augmentait (moins d'eau) dans notre approche, les capacités d'interaction des ions zinc et des oxygènes hydroxyles du glycérol ont augmenté, ce qui signifie que l'effet de blocage du glycérol a été renforcé, résultant en des nanoparticules de ZnO plus petites.

Images SEM de nanoparticules de ZnO obtenues à partir des différentes concentrations de ZnCl₂ solution aqueuse sous le rapport molaire 1:1 du glycérol au Zn ²⁺ (un , 50 % en poids ; b , 65 % en poids ; c , 80 % en poids)

L'influence des hydroxydes sur la taille et la morphologie des nanoparticules de ZnO

L'impact des types d'hydroxydes sur la taille et la morphologie des nanoparticules de ZnO a également été étudié sous obstruction avec du glycérol comme stabilisant. L'objectif était de préparer des nanoparticules de ZnO avec la plus forte concentration de substances dans cette étude. Par conséquent, une solution saturée de NaOH, KOH, LiOH et NH₄ OH ont été préparés à température ambiante :LiOH à 8 % en poids (3,63 M), NaOH à 50 % en poids (25 M), KOH à 60 % en poids (26,74 M) et l'ammoniac à 25 % en poids (9,51 M). Pendant ce temps, pour générer des nanoparticules de ZnO plus uniformes et plus petites, un rapport molaire de 3,33:1 entre le glycérol et le Zn ²⁺ était employé.

La figure 7 montre des images SEM de nanoparticules de ZnO obtenues à partir de 65 % de ZnCl₂ solution aqueuse par réaction avec divers hydroxydes. Les résultats ont indiqué que les hydroxydes avaient une influence évidente sur la taille des nanoparticules de ZnO. Les nanoparticules de ZnO obtenues à partir de NaOH, KOH, LiOH et NH₄ Les OH étaient tous granulaires et la taille des nanoparticules de ZnO était d'environ 20 nm de NaOH, 50 nm de KOH, 80-150 nm de LiOH et 50-300 nm de NH₄ OH, respectivement. Il pourrait être proposé qu'en raison des concentrations élevées de ZnCl₂ (65 % en poids) et d'hydroxydes, la formation de ZnO a été très rapide au début de la phase de nucléation, générant de nombreux noyaux de ZnO proches du glycérol. Pendant ce temps, les cations, tels que Na ⁺ , K ⁺ , Li ⁺ , ou NH₄ ⁺ , pourrait fournir une couche de passivation autour de la surface de ZnO, ralentissant la croissance des nanoparticules de ZnO et empêchant l'agglomération des particules. La séquence de rayons du cationique hydraté est Li ⁺ > Na ⁺ > NH₄ ⁺ > K ⁺ . Des concentrations plus élevées de K ⁺ ou NH₄ ⁺ que Li ⁺ ou Na ⁺ étaient nécessaires pour assurer la passivation quasi-complète sur les surfaces de ZnO. De plus, les concentrations de saturation de LiOH et d'eau ammoniacale étaient de 3,63 et 9,51 M, ce qui est bien inférieur à celles de NaOH (25 M) et de KOH (26,74 M). Le montant de Li ⁺ et NH₄ ⁺ n'a pas pu fournir la passivation presque complète sur les surfaces de ZnO, inhibant toute croissance ultérieure des nanoparticules de ZnO. De plus, les concentrations de LiOH et d'eau ammoniacale étaient faibles, ce qui signifie qu'une plus grande quantité d'eau réduisait les capacités d'interaction des ions zinc et des oxygènes hydroxyles du glycérol, entraînant simultanément la réduction de l'effet bloquant du glycérol. Par conséquent, les nanoparticules de ZnO obtenues à partir de LiOH et NH₄ OH étaient plus gros.

Images SEM de nanoparticules de ZnO obtenues à partir de 65% de ZnCl₂ solution aqueuse par réactivité avec divers hydroxydes (a , NaOH; b , KOH; c , LiOH; d , NH₄ OH)

Préparation de l'obstruction des nanoparticules de ZnO par des systèmes de glycérol, d'amidon ou de cellulose

Dans notre étude précédente, des nanoparticules de ZnO ont été préparées via la synthèse in situ de ZnO dans de l'amidon ou de la cellulose dissous par un ZnCl₂ hautement concentré. solution aqueuse [28, 29]. Le système de glycérol est comparé aux systèmes d'amidon ou de cellulose dissous dans cet article. Comme le montre la figure 8, les nanoparticules de ZnO étaient globulaires provenant des trois processus. Les nanoparticules de ZnO obtenues à partir de systèmes d'amidon dissous ou de cellulose étaient de 50 à 60 nm [28] ou 40 à 50 nm [29], respectivement, tandis que celles obtenues à partir du système de glycérol étaient de 15 à 25 nm. Des nanoparticules de ZnO plus uniformes et plus petites pourraient être préparées à partir du système de glycérol. Bien qu'il existe de nombreux hydroxyles sur les chaînes moléculaires de l'amidon et de la cellulose, il existe trois hydroxyles sur la chaîne glycérol, les viscosités du zinc-cellulose ou du composite zinc-amidon sont supérieures à celle du zinc-glycérol. Ainsi, le moulin colloïdal a transformé le composite zinc-glycérol ou ZnO-glycérol plus facilement en gouttelettes plus petites que le ZnO-cellulose ou le ZnO-amidon, ce qui a donné lieu à des nanoparticules de ZnO plus petites générées à partir du système de glycérol.

Images MET de nanoparticules de ZnO obtenues à partir de 65% de ZnCl₂ obstruction de la solution aqueuse par le glycérol (a ), amidon (b ), et la cellulose (c ) systèmes

Dans les systèmes d'amidon ou de cellulose dissous, l'amidon ou la cellulose ont été dissous dans un ZnCl₂ hautement concentré solution aqueuse, puis les nanocomposites d'amidon ZnO ou de cellulose ont été générés lorsque la solution de NaOH à 40 % en poids a été ajoutée dans ZnCl₂ solution aqueuse. Les nanoparticules de ZnO ont été obtenues par calcination des nanocomposites de ZnO-amidon ou de cellulose séchés. Pour le système glycérol, le glycérol a été ajouté dans un concentré de ZnCl₂ solution aqueuse. Les nanoparticules de ZnO ont été facilement obtenues car la solution de NaOH à 50 % en poids a été ajoutée dans du glycérol-ZnCl₂ solution aqueuse. Par conséquent, le processus utilisant le système au glycérol est plus facile et plus rentable.

Conclusions

Des nanoparticules de ZnO d'environ 20 nm ont été préparées par un processus simple dans lequel des solutions aqueuses d'hydroxyde ont été ajoutées à une solution de glycérol-chlorure de zinc à température ambiante pour ajuster la valeur du pH à 12 avec une source de zinc extrêmement concentrée. Les morphologies du ZnO pourraient être contrôlées par le rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ , le type d'hydroxyde et la concentration de ZnCl₂ solution aqueuse. Le glycérol a agi comme stabilisant pendant le processus de synthèse; son effet bloquant renforcé par la concentration de ZnCl₂ solution aqueuse ou le rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ augmenté. La forme du ZnO est passée de bâtonnets à globulaire, et la taille des particules a diminué à mesure que la concentration de ZnCl₂ solution aqueuse ou le rapport molaire du glycérol au Zn ²⁺ augmenté. Dans des conditions optimales, le ZnO globulaire d'un diamètre d'environ 40 à 80 nm a été obtenu à partir d'un ZnCl₂ solution aqueuse avec une concentration de 65 % en poids et un rapport molaire de 1 : 1 entre le glycérol et le Zn ²⁺ . De plus, les hydroxydes ont également eu une influence évidente sur la taille des particules de ZnO. Les nanoparticules granulaires de ZnO d'un diamètre d'environ 20 ou 50 nm pourraient être générées à partir de solutions de NaOH ou de KOH, respectivement, avec des concentrations de saturation à température ambiante. Cette étude a donc proposé un processus facile et de taille contrôlable pour la synthèse de nanoparticules de ZnO.

Abréviations

BD :

1,4-butanediol

DEG :

Diéthylène glycol

Ex. :

Éthylène glycol

i-PrOH :

Iso-propanol

PD :

1,3-propanediol

SEM :

Microscope électronique à balayage

TEG :

Tétraéthylène glycol

TEM :

Microscope électronique à transmission

XRD :

Diagrammes de diffraction des rayons X

ZnO :

Oxyde de zinc