浅谈一种磷酸锌纳米结构材料的简易合成

纳米结构，其独特的尺寸、形态和性质依赖特性被广泛研究，推进了材料科学与技术突飞猛进的发展。各种各样的合成方法被尝试。良好的维度、形态、化学组成和物理化学性质成为研究者期望的目标，然而，对于生产领域的规模化合成来说，合成方法简单、易操作、体现效率与效益上的和环境友好上的真正的进步，才是至关重要的。从纳米材料引起极大的研究兴趣到各种各样的纳米结构材料在实际应用上的不断尝试和突破，在合成方法和合成条件上的优化，始终是最具挑战性的课题之一。

磷酸锌[Zn3(PO4)2]是一种重要的多功能材料，作为绿色防锈颜料、钢铁磷化剂、牙科水门汀、发光和生物医学材料等已经被广泛应用，其合成方法有水热法、多元醇介导法、声化学法等，为了控制磷酸锌的形态，许多合成方法中需要使用表面活性剂或模板等.我们采用简单的湿化学法，在环境条件下的低温水溶液体系中或室温下，无任何表面活性剂或模板存在，通过调节反应体系的pH，即获得了3D花状磷酸锌纳米结构材料。通过SEM、TEM、XRD、FT-IR的表征显示，花朵状的磷酸锌，其花瓣是由层状纳米薄片构成，盛开的3D形态，使整体上具有立体结构及插层负载空间，有利于进行结构化改进和插层反应。这项研究，为磷酸锌纳米结构的规模化生产提供了可行性和低成本，同时，也为进一步拓展磷酸锌的应用领域提供了实验基础。

1 实验及表征

醋酸锌和磷酸氢二铵作为原料，没有进一步纯化。

在室温条件下分别配制0.1 molL-1醋酸锌和磷酸氢二铵水溶液。按一定体积比量取上述两种溶液，分别装入锥形瓶中和滴液漏斗中，边搅拌边用滴液漏斗将醋酸锌水溶液滴入磷酸氢二铵水溶液中，并用磷酸或氨水溶液调节混合溶液的pH，再加入一定量的去离子水。停止搅拌后，将盛有混合溶液的锥形瓶放入预先设定温度的恒温水浴或室温下，2小时后，将白色沉淀离心收集，分别用去离子水和无水乙醇洗涤二次，70 烘干。

采用日本Hitachi公司生产的S-3400N(Ⅱ)和高分辩SE-70型扫描电子显微镜；FEI公司Tecnai F20透射电子显微镜(TEM)(加速电压200KV)；德国Bruker D8 Advance SS 18 kW X射线衍射仪(Cu靶K线，波长为0.154178 nm)和日本岛津制作所IR Affinity-1傅里叶变换红外光谱仪对磷酸锌样品进行了表征。

2 结果与讨论

SEM图1(a)和(b)可见，在室温下和80 水浴中获得的产物均为开放的花朵，随着温度升高，花朵的直径增大，其平均直径从7m增大至12 m左右。高分辨的SEM图1(c)和(d)显示，在80 下，当pH=8时(图1c)，产物为盛开的花朵，而当pH=4时(图1d)，产物多为散落的花瓣。可见，pH的改变，对产物的形貌有着重要影响。由图1(c)和(d)中的放大的小图可见，花朵的每一个花瓣，都具有分层结构。说明所制花状磷酸锌为层状结构材料。

80 下pH=8和pH=4时，产物的2衍射峰的位置几乎完全一致，对比JCPDF卡片，在2为17.4o、19.4o、20.o、26.3o、31.3o等位置的衍射峰，属于斜方晶系Zn3(PO4)24H2O的(210)、(040)、(111)、(221)和(241，151)等晶面(JCPDF No 33-1474)，没有其他衍射峰出现。说明不同pH下获得的磷酸锌产物，均具有良好的相纯度。然而，从图3(a)可以观察到，在2为(040)，(111)，(031)等位置的衍射峰强度，两种产物有明显不同，这说明，反应体系的pH对于[Zn3(PO4)2]4H2O的取向生长产生了较大影响，pH不同，其择优取向不同，产物的形貌也不同。这个结果与SEM图1(c)和(d)的结果是一致的。

FT-IR图3(b)所示的在3320 cm-1处的宽吸收带，应为O-H的伸缩振动吸收峰，在1641 cm-1及1440 cm-1附近处的吸收峰，属于H-O-H弯曲振动，表明含有结晶水。950~1200 cm-1和400~700 cm-1处为PO43-基团的拉伸和弯曲振动吸收峰。因此，可以确认所制产物为四水合磷酸锌[Zn3(PO4)2]4H2O。

在没有任何表面活性剂或模板存在的水相体系中，可以很容易的获得磷酸锌纳米结构材料，这说明磷酸锌纳米结构的形成及生长，取决于其自身结构上固有的各向异性及溶液体系的影响，如pH、电荷等所形成的自组装环境。

3 结论

在环境条件下，通过简单地控制水浴温度和反应体系的pH，即可以获得不同粒径尺寸和形貌的[Zn3(PO4)2]4H2O纳米结构，这对于规模化生产具有高附加值的磷酸锌功能材料来说，也许开启了一个新的途径。