本文關(guān)鍵詞：納米氧化鋅和錫摻雜氧化鋅的合成與光催化性能研究

  更多相關(guān)文章： 溶膠-凝膠法 高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法 光催化 納米顆粒 ZnO

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,各種工業(yè)帶來各種程度的污染,特別是水污染和空氣污染,對人類的生活已經(jīng)造成嚴(yán)重的威脅,凈化環(huán)境中的水/空氣是我們目前面臨的首要任務(wù)。光催化氧化技術(shù)是一種技術(shù)要求不高、反應(yīng)條件較易達(dá)到、無毒,并且在對水污染處理方面有卓越效果的技術(shù)。它始于20世紀(jì)70年代早期,自Fujishima和Honda教授發(fā)現(xiàn)TiO2電極上發(fā)生水的光解反應(yīng)以來,以TiO2為構(gòu)型的催化劑由于其光催化效率相對較高,成本低和可用性強(qiáng)等特點而得到了廣泛研究。相比TiO2,ZnO具有類似的帶隙能(3.2eV),量子效率高,能夠吸收更多頻率的太陽光。本文采用不同工藝方法來制備純凈的ZnO納米顆粒及Sn摻雜的ZnO納米粉體,并采用XRD、SEM、TEM、XPS、PL、UV-vis及IR等測試手段對樣品的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行表征,研究不同方法對ZnO納米晶體及Sn摻雜的ZnO納米晶體結(jié)構(gòu)、形貌及光催化性能的影響。論文主要包括以下內(nèi)容:1、利用溶膠-凝膠法制備納米ZnO粉體,制備過程中添加不同的穩(wěn)定劑(單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺),之后通過不同的煅燒溫度來影響ZnO的結(jié)晶過程。通過XRD、SEM、TEM、XPS、PL、UV-vis和FTIR等對ZnO顆粒的結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行了表征。由結(jié)果看出,樣品為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO;不同煅燒溫度和穩(wěn)定劑下ZnO顆粒呈球形,尺寸在10-50 nm;顆粒分布均勻,煅燒溫度較低時,有團(tuán)簇現(xiàn)象,溫度升高,樣品結(jié)晶度提高,團(tuán)簇現(xiàn)象消失。PL測試結(jié)果發(fā)現(xiàn),在375~550nm范圍內(nèi)表現(xiàn)出強(qiáng)且寬的發(fā)光信號。在紫外光照射下,樣品對甲基橙、羅丹明B以及亞甲基藍(lán)燃料進(jìn)行降解,最終都能降解達(dá)到100%,并且降解符合一級動力學(xué)模型。基于測試結(jié)果,我們討論了不同煅燒溫度以及不同穩(wěn)定劑對光催化降解速率的影響。2、采用高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法合成納米ZnO粉體,干凝膠在不同溫度下進(jìn)行煅燒,得到最終樣品。通過XRD、TEM、XPS、PL、UV-vis和FTIR等對ZnO顆粒的結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn),利用此方法制備的樣品均勻性高,隨著煅燒溫度的升高,樣品的結(jié)晶性增強(qiáng);光譜分析發(fā)現(xiàn),不同煅燒溫度下得到的樣品缺陷濃度有較大區(qū)別。紫外光下光照發(fā)現(xiàn)煅燒溫度在650℃時,樣品對模擬污染物的降解效率最高,這與溶膠-凝膠法制備的樣品差別較大。與溶膠-凝膠法制備的納米ZnO相比,通過高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法制備的樣品顆粒更均勻,對光的吸收更好,更容易產(chǎn)生羥基自由基及其他氧化劑分子,對污染物的光催化降解效率更高。3、采用改進(jìn)的高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法制備Sn摻雜的ZnO粉體,結(jié)合上述煅燒溫度的分析,選擇合適的煅燒溫度,研究不同摻雜濃度樣品的光催化效果。通過實驗分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)Sn濃度在1%時,樣品的光催化效果最好,紫外光下MO溶液200min就基本達(dá)到完全降解。通過對樣品的詳細(xì)表征,發(fā)現(xiàn)摻雜1%的Sn對ZnO納米粉體的形貌幾乎不造成影響;結(jié)合XPS、PL和UV-vis分析,發(fā)現(xiàn)樣品中氧空穴濃度較高,紫外光吸收譜最強(qiáng),此時電子-空穴對的生成速率最快,兩者結(jié)合導(dǎo)致樣品的光催化效果最好。
【關(guān)鍵詞】：溶膠-凝膠法 高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法 光催化 納米顆粒 ZnO
【學(xué)位授予單位】：西南民族大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;O643.36
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-10
• 前言10-12
• 第1章 ZnO光催化的背景、原理及相關(guān)問題研究12-31
• 1.1 研究背景12-13
• 1.1.1 水體污染12
• 1.1.2 水資源危機(jī)12-13
• 1.2 半導(dǎo)體光催化劑及其催化原理13-14
• 1.3 ZnO半導(dǎo)體光催化劑及其研究14-20
• 1.3.1 ZnO半導(dǎo)體光催化劑14-17
• 1.3.2 ZnO光催化原理17-20
• 1.4 改善ZnO半導(dǎo)體光催化性能的途徑20-28
• 1.4.1 金屬摻雜20-23
• 1.4.2 非金屬摻雜23-25
• 1.4.3 半導(dǎo)體耦合25-27
• 1.4.4 表面雜化27
• 1.4.5 制備納米級別的催化劑27-28
• 1.5 國內(nèi)光催化的研究進(jìn)展及存在的問題28-29
• 1.6 本課題的研究意義與思路29-31
• 第2章 ZnO光催化劑的制備工藝及表征手段31-44
• 2.1 ZnO光催化劑的制備工藝31-37
• 2.1.1 液相法31-36
• 2.1.2 固相法36
• 2.1.3 氣相法36-37
• 2.2 ZnO光催化材料的表征手段37-41
• 2.2.1 X射線衍射（XRD）38-39
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）39
• 2.2.3 X射線光電子能譜(XPS)39-40
• 2.2.4 光致發(fā)光光譜（PL）40
• 2.2.5 紫外吸收光譜（UV）40
• 2.2.6 紅外吸收譜（FTIR）40-41
• 2.2.7 比表面積（BET）41
• 2.3 實驗所需化學(xué)試劑與實驗設(shè)備41-42
• 2.4 催化劑的催化性能測試42-44
• 第3章 溶膠-凝膠法制備ZnO顆粒及其光催化活性44-63
• 3.1 引言44-45
• 3.2 實驗部分45-46
• 3.2.1 ZnO納米樣品的制備45
• 3.2.2 樣品的光催化性能測試45-46
• 3.3 煅燒溫度的影響46-53
• 3.3.1 XRD測試分析46
• 3.3.2 ZnO粉末的光催化性能測試46-47
• 3.3.3 SEM結(jié)果47-48
• 3.3.4 XPS結(jié)果48-49
• 3.3.5 PL光譜結(jié)果49-50
• 3.3.6 UV-vis吸收光譜結(jié)果50-51
• 3.3.7 結(jié)果討論51-53
• 3.4 穩(wěn)定劑的影響53-62
• 3.4.1 SEM及TEM測試結(jié)果分析53-54
• 3.4.2 光致發(fā)光圖譜分析54-55
• 3.4.3 XPS和FTIR測試結(jié)果分析55-58
• 3.4.4 ZnO粉末的光催化活性測試58-59
• 3.4.5 結(jié)果討論59-62
• 3.5 本章小結(jié)62-63
• 第4章 高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法制備ZnO催化劑光催化活性及與溶膠-凝膠法對比研究63-73
• 4.1 引言63-64
• 4.2 實驗64-65
• 4.2.1 高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法制備ZnO納米粉末64-65
• 4.2.2 ZnO樣品光催化性能測試65
• 4.3 結(jié)果討論65-72
• 4.3.1 X射線衍射65-66
• 4.3.2 樣品的SEM分析66
• 4.3.3 樣品的紫外-可見光譜分析66-67
• 4.3.4 光致發(fā)光譜分析67-68
• 4.3.5 樣品的紅外發(fā)光光譜分析68
• 4.3.6 樣品的XPS分析68-69
• 4.3.7 樣品的光催化性能分析69-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 第5章 Sn-ZnO納米材料的制備及其光催化活性73-82
• 5.1 引言73-74
• 5.2 高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法制備ZnO納米粉末74
• 5.3 結(jié)果分析74-80
• 5.3.1 ZnO納米粉末的XRD分析74-75
• 5.3.2 ZnO納米粉末樣品的SEM和TEM分析75-76
• 5.3.3 ZnO納米粉末的PL分析76-77
• 5.3.4 ZnO納米粉末的UV-Vis分析77
• 5.3.5 ZnO納米粉末的XPS分析77-79
• 5.3.6 ZnO納米粉末的FTIR分析79-80
• 5.4 樣品的光催化實驗80-81
• 5.5 本章小結(jié)81-82
• 第6章 總結(jié)與展望82-84
• 參考文獻(xiàn)84-96
• 附錄96-97
• 致謝97-98

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1 葉早萍;;溶膠-凝膠法[J];印染;2008年06期

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6 張健泓;陳優(yōu)生;;溶膠-凝膠法的應(yīng)用研究[J];廣東化工;2008年03期

7 王q;李晨;徐博;;溶膠-凝膠法的基本原理、發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J];化學(xué)工業(yè)與工程;2009年03期

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9 劉志;宋巖;鄧麗萍;;溶膠-凝膠法制備金屬-炭凝膠材料的研究進(jìn)展[J];炭素技術(shù);2010年06期

10 馬芳;馬洪芳;王藝涵;丁嚴(yán)廣;;溶膠-凝膠法制備太陽能薄膜的研究及展望[J];材料導(dǎo)報;2011年23期

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1 姚建年;管自生;;光助溶膠-凝膠法制備鈦溶膠-凝膠的特性[A];2000'全國光催化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2000年

2 韓秀梅;李哲;齊西偉;李明亞;王曉強(qiáng);;溶膠-凝膠法制備MgLaLiSi_2O_7:Eu~(3+)及發(fā)光性能研究[A];第七屆全國稀土發(fā)光材料學(xué)術(shù)研討會會議論文摘要集[C];2011年

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4 熊國興;姚楠;韓偉;;超聲溶膠-凝膠法制備強(qiáng)酸性中孔材料[A];全國第三屆溶膠—凝膠科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2004年

5 鄭成成;崔斌;游橋明;暢柱國;;聚乙二醇辛基苯基醚輔助溶膠-凝膠法制備鈦酸鋇粉體及其陶瓷(英文)[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第5分冊）[C];2010年

6 曹悅;許振良;韓靈鳳;;溶膠-凝膠法制備TiO_2-DegOH溶膠的實驗研究[A];上海市化學(xué)化工學(xué)會2010年度學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

7 黎秀敏;姚艷玲;宋為聰;龔茂初;陳耀強(qiáng);;溶膠-凝膠法制備CeO_2-ZrO_2-Al_2O_3復(fù)合氧化物的性能[A];第六屆全國環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

8 段國榮;劉孝恒;楊緒杰;陸路德;汪信;;溶膠-凝膠法制備納米氧化鋯及其相變機(jī)理研究[A];中國化學(xué)會第九屆全國應(yīng)用化學(xué)年會論文集[C];2005年

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10 林西平;鄔國英;吳明一;周永生;;溶膠-凝膠法制備工藝對超細(xì)鎳基催化劑的影響[A];第1屆全國工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會論文集[C];2004年

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4 徐小楠;納米氧化鋅和錫摻雜氧化鋅的合成與光催化性能研究[D];西南民族大學(xué);2016年

5 溫泉;溶膠—凝膠法制備V_2O_5粉體及其性能研究[D];陜西科技大學(xué);2012年

6 安麗娟;溶膠—凝膠法制備BaAl_（12）O_（19）：Mn[D];哈爾濱工程大學(xué);2004年

7 張麗麗;溶膠—凝膠法制備ITO和AZO薄膜材料及其性能研究[D];內(nèi)蒙古師范大學(xué);2013年

8 史慧;溶膠-凝膠法制備（NaBi）_（1/2）TiO_3壓電陶瓷及性能分析[D];清華大學(xué);2004年

9 黃淑芳;改進(jìn)溶膠-凝膠法和吸附法固定化醇脫氫酶的研究[D];天津大學(xué);2004年

10 張國宏;溶膠－凝膠法制備的La_（2/3）Ca_（1/3）MnO_3中Mn位Cu和Zn摻雜的比較研究[D];華中科技大學(xué);2004年

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本文編號：714140