氧化鋅(ZnO)作為一種重要的寬禁帶氧化物半導(dǎo)體材料,具有良好的光電性能、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、成本低廉、無(wú)毒等特征,已成為光催化領(lǐng)域中研究最廣泛的一種半導(dǎo)體材料。但是ZnO的帶隙較寬,對(duì)太陽(yáng)光的利用率較低,光生載流子的復(fù)合率較高,因此限制了其實(shí)際應(yīng)用。本文針對(duì)以上問(wèn)題,制備了一系列復(fù)合、摻雜改性的ZnO基納米材料,分別研究了不同復(fù)合量、不同稀土元素?fù)诫s和不同摻雜量對(duì)ZnO光催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌和光催化活性的影響。并通過(guò)X射線粉末衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、紫外可見吸收光譜(UV-vis)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、拉曼光譜(Raman)、光致發(fā)光譜(PL)等技術(shù)對(duì)催化劑進(jìn)行表征分析。主要研究?jī)?nèi)容如下:采用Hummers’法分別制備了氧化石墨烯分散液、氧化石墨烯(GO)以及石墨烯(RGO)粉末,采用溶劑熱法制備了純ZnO和ZnO/RGO納米復(fù)合材料。通過(guò)XRD、SEM、TEM、FT-IR、Raman、PL、UV-vis等手段研究了樣品的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和光學(xué)性質(zhì)。研究了這兩種材料在氙燈照射下對(duì)羅丹明B的光催化活性,結(jié)果表明石墨烯的加入能有效的提高ZnO納米材料的光催化活性,當(dāng)石墨烯復(fù)合量為10%時(shí),其光催化性能最佳,降解率達(dá)到了89.72%,比純ZnO納米材料的降解率提高了60%。采用溶劑熱法分別制備了貴重金屬Ag以及不同稀土(Ce、Gd、La、Yb)摻雜的ZnO納米材料。其晶體結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)特性分別通過(guò)XRD、SEM、FT-IR、PL、UV-vis進(jìn)行了表征。初步探討了不同摻雜條件下材料的形成機(jī)理和光學(xué)性質(zhì)。通過(guò)降解羅丹明B發(fā)現(xiàn),無(wú)論摻雜Ag還是摻雜稀土,ZnO納米材料的光催化性能均有明顯的提高,其中Ag摻雜量為3%時(shí)光催化效果最佳,比純ZnO的降解效率提高了26%,稀土中Gd摻雜的光催化效果最佳,比純ZnO的降解效率提高了23%。并分析了相應(yīng)的光催化機(jī)理。采用溶劑熱法分別制備了Ag和Gd摻雜的ZnO/RGO納米復(fù)合材料。通過(guò)XRD、SEM、TEM、FT-IR、PL、UV-vis等手段對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和光學(xué)性質(zhì)分別進(jìn)行了表征和觀察。并與前兩章的樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和形貌上的對(duì)比。討論了不同摻雜或復(fù)合量條件下樣品對(duì)羅丹明B染料的光催化降解活性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),對(duì)于Ag摻雜的ZnO/RGO納米復(fù)合材料來(lái)說(shuō),由于紫外吸收邊發(fā)生更為明顯的紅移,其光催化性能整體提高,其中,3Ag-ZnO/10RGO納米復(fù)合材料光催化效果最佳,120 min時(shí)基本將羅丹明B完全降解。對(duì)于Gd摻雜的ZnO/RGO納米復(fù)合材料來(lái)說(shuō)出現(xiàn)了嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象,紫外吸收邊有略微的紅移,復(fù)合材料光催化性能整體低于ZnO/10RGO樣品的降解效率。最后對(duì)兩種材料的光催化機(jī)理進(jìn)行了分析討論。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;TQ426
【部分圖文】：

生的光生電子和空穴才能分別向半導(dǎo)體表面吸附的分子上轉(zhuǎn)移。當(dāng)半導(dǎo)體體內(nèi)光生電子空穴對(duì)向表面遷移時(shí)與之發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)的是半導(dǎo)體體內(nèi)光生電子空穴對(duì)的復(fù)合。光生電子空穴對(duì)的復(fù)合往往伴隨著光能或其他形式能量的放出，其過(guò)程如圖1.1中途徑C和 D所示。下面以 ZnO 為具體例子，說(shuō)明半導(dǎo)體氧化物作為光催化劑的光催化原理。多數(shù)情況下，光催化反應(yīng)都是在水溶液和空氣中進(jìn)行的，這是由于光生電子和光生空穴會(huì)和氧氣或水分子結(jié)合產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)十分活潑的自由基集團(tuán)，主要的反應(yīng)過(guò)程由以下一系列式子來(lái)表示。用高于 ZnO 半導(dǎo)體帶隙的能量激發(fā) ZnO 材料時(shí)，ZnO 被激發(fā)后產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，其中在導(dǎo)帶上形成電子，價(jià)帶上形成空穴，導(dǎo)帶上的電子從高能量處轉(zhuǎn)移到價(jià)帶，和空穴重組，同時(shí)釋放出熱量或其他形式的能量[14]，如式 1.1 和 1.2。 ZnO hν ZnO h e（1.1）

結(jié)構(gòu)的示意圖（其中紅球?yàn)?Zn 原子；灰球?yàn)榉ㄖ苽涔に囈呀?jīng)比較成熟，可以通過(guò)多種們可以將其分成固相法、液相法和氣相料充分研磨進(jìn)行混合獲得前驅(qū)體，接著對(duì)固相法制備納米 ZnO 雖然簡(jiǎn)單方便，產(chǎn)團(tuán)聚而使粒徑增大。氣相法又可以分為外加的高溫?zé)嵩磳⒃霞訜岬狡癄顟B(tài)，米 ZnO 顆粒。化學(xué)氣相法是將高溫分解。主要的氣相法有蒸發(fā)法、濺射法和化學(xué)廣泛的方法是液相法。相比其他制備方單，而且制得的 ZnO 純度高，化學(xué)性質(zhì)

拓寬其對(duì)太陽(yáng)光的響應(yīng)范圍。Sarsari 等人[29]利用一種簡(jiǎn)單的煅O，Ag+摻入 ZnO 晶格中后，晶粒尺寸明顯增大，有效的形成 帶寬度從 3.25 eV 減小到 3.18 eV，拓寬了 ZnO 材料對(duì)太陽(yáng)光的料的光電性能。屬沉積技術(shù)屬沉積技術(shù)通常將 Ag、Au、Pb 等貴金屬沉積在半導(dǎo)體材料的體材料的光催化性能。通過(guò)貴重金屬沉積半導(dǎo)體材料提高光催對(duì)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。由于半導(dǎo)體和貴金屬的功函數(shù)剛剛移到該物體表面所需的最少的能量）不同，當(dāng)貴重金屬沉半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶上的電子會(huì)轉(zhuǎn)移到貴重金屬表面，在半導(dǎo)體與流作用的肖特基勢(shì)壘，它可以充當(dāng)整流器，有效地抑制了電子空體材料光催化活性，如圖 1.3 所示。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 宋優(yōu)男;關(guān)衛(wèi)省;;ZnO/碳納米管復(fù)合光催化材料對(duì)抗生素的光催化降解[J];應(yīng)用化工;2012年07期

2 張萬(wàn)忠;喬學(xué)亮;邱小林;陳建國(guó);羅浪里;;納米二氧化鈦的光催化機(jī)理及其在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用[J];人工晶體學(xué)報(bào);2006年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李宏宇;水熱法制備形貌可控的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)陣列的研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2011年

本文編號(hào)：2894604