本文關(guān)鍵詞：ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備及其光、光電催化性能

  更多相關(guān)文章： 氧化鋅 納米棒 納米片 光催化 光電催化

【摘要】：近年來(lái),金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料光催化過程具有降解效率高、穩(wěn)定性好、易于合成及無(wú)毒環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),在污水處理領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。在眾多的金屬氧化物半導(dǎo)體材料中,ZnO作為一種n型直接寬帶隙半導(dǎo)體材料,已被證明在紫外光條件下具有更高的光催化活性,然而,光生載流子復(fù)合率較高,降低其降解效率,以及催化劑的分離回收、再利用較難。基于此,本文通過在金屬襯底上合成ZnO納米材料,無(wú)需分離回收,同時(shí)利用金屬做電極構(gòu)成光電催化體系,研究該體系光、光電催化性能,討論其催化機(jī)制及影響催化性能的因素。主要結(jié)果如下:首先,采用化學(xué)溶液法,以Ag棒為襯底,調(diào)控氨水在生長(zhǎng)液中的滴加量,分別制備了三種近似垂直于襯底生長(zhǎng)的ZnO納米棒陣列。所得樣品均為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu),直徑約為300nm~400nm,禁帶寬度均在3.1eV左右。三種樣品中,氨水滴加量為4ml的樣品光催化降解羅丹明B的效果最好。PL表征結(jié)果顯示,該樣品表面氧空位濃度高于其他兩個(gè)樣品,高的氧空位濃度可能導(dǎo)致了樣品高光催化活性。選取氨水滴加量為4ml的樣品構(gòu)光電催化系統(tǒng),研究了實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)光電催化降解效率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件為:外加電壓0.4V,電極間距0.1cm,羅丹明B初始濃度5mg/L,支持電解質(zhì)Na_2SO_4的濃度0.1mol/L。該條件下,ZnO納米棒陣列光電催化降解效率最高,約38%,外加電場(chǎng)有效地提高了降解效率,約為光催化效率的兩倍。其次,利用相同的實(shí)驗(yàn)條件和方法,通過襯底的調(diào)控,在Al片上控制合成了纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO納米片,納米片大致垂直襯底,厚度約為200nm。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下,ZnO納米片光催化降解羅丹明B的效率約為36%,光電催化降解效率卻僅為24%。在相同實(shí)驗(yàn)條件下,同等催化劑量的ZnO納米棒陣列的光催化效率約為33%,而光電催化降解效率卻在電場(chǎng)的作用下被提高至61%。ZnO納米片結(jié)構(gòu)中的極性面暴露比率比ZnO納米棒陣列的高,極性面具有更好的光催化活性,導(dǎo)致ZnO納米片的光催化性能高于ZnO納米棒陣列。ZnO納米片在外加電壓的作用下,可能由于襯底和形貌等因素的影響,催化效率反而降低了。
【關(guān)鍵詞】：氧化鋅 納米棒 納米片 光催化 光電催化
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TQ132.41
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 研究的背景及意義10-11
• 1.2 ZnO的結(jié)構(gòu)及基本性質(zhì)11-13
• 1.3 光催化13-20
• 1.3.1 ZnO光催化的基本原理13-14
• 1.3.2 提高ZnO光催化性能的方法14-20
• 1.3.2.1 貴金屬修飾14-16
• 1.3.2.2 半導(dǎo)體復(fù)合16-17
• 1.3.2.3 摻雜17-19
• 1.3.2.4 光電催化19-20
• 1.4 本論文的研究目的和內(nèi)容20-21
• 2 Ag棒上ZnO納米棒陣列的光、光電催化性能21-45
• 2.1 引言21-22
• 2.2 ZnO納米棒陣列的制備及表征22-32
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)所用試劑和儀器22-23
• 2.2.2 ZnO納米棒陣列的制備23-24
• 2.2.3 ZnO納米棒陣列的表征及結(jié)果分析24-27
• 2.2.4 ZnO納米棒陣列的光致發(fā)光27-32
• 2.3 ZnO納米棒陣列的光催化性能32-34
• 2.3.1 ZnO納米棒陣列光催化活性測(cè)試過程32-33
• 2.3.2 結(jié)果與討論33-34
• 2.4 ZnO納米棒陣列的光電催化性能34-44
• 2.4.1 光電催化實(shí)驗(yàn)過程34-35
• 2.4.2 ZnO納米棒陣列光電催化降解羅丹明B的影響因素35-44
• 2.4.2.1 Zn O納米棒光電催化性能35-36
• 2.4.2.2 電壓大小的影響36-38
• 2.4.2.3 電極間距的影響38-40
• 2.4.2.4 污染物初始濃度的影響40-41
• 2.4.2.5 Na_2SO_4濃度的影響41-43
• 2.4.2.6 穩(wěn)定性43-44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 3 Al片上ZnO納米片的光、光電催化性能45-56
• 3.1 引言45-46
• 3.2 ZnO納米片的制備及表征46-48
• 3.2.1 ZnO納米片的制備46-47
• 3.2.2 ZnO納米片的表征測(cè)試及結(jié)果分析47-48
• 3.3 ZnO結(jié)構(gòu)片光催化及光電催化性能48-54
• 3.3.1 ZnO納米片催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)過程48-49
• 3.3.2 ZnO納米片的光電催化性能49-52
• 3.3.3 不同ZnO納米結(jié)構(gòu)催化性能差異的分析52-54
• 3.3.3.1 光催化性能差異52-54
• 3.3.3.2 光電催化性能差異54
• 3.4 本章小結(jié)54-56
• 4 結(jié)論與展望56-58
• 4.1 結(jié)論56-57
• 4.2 展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-68
• 致謝68-69

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 魯金忠;張永康;周駿;孔德軍;任旭東;葛濤;;ZnO納米晶體的同軸送氧激光制備及其特性[J];江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年05期

2 劉超;王樹林;蹇敦亮;朱鈺方;趙立峰;楊全富;;室溫Zn粉直接制備ZnO納米顆粒薄膜及其機(jī)理研究[J];功能材料;2013年11期

3 陳廷芳;周博藝;代麗君;王引書;;ZnO納米棒光學(xué)性質(zhì)的調(diào)制及其穩(wěn)定性[J];北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年01期

4 馮躍軍;龐起;何軍;梁春杰;周立亞;;ZnO納米四腳狀陣列電極染料敏化太陽(yáng)能電池[J];功能材料;2012年04期

5 靳福江;李珍;李飛;;ZnO納米棒水熱法制備及其發(fā)光性能[J];功能材料與器件學(xué)報(bào);2007年05期

6 鄧蕊;張鍔;張喜田;;ZnO納米釘?shù)闹苽浜凸鈱W(xué)性質(zhì)研究[J];人工晶體學(xué)報(bào);2007年04期

7 劉秀蘭,李佳,趙曉鵬;ZnO納米棒的低溫濕化學(xué)制備[J];功能材料;2005年04期

8 楊麗麗;趙慶祥;馬格納斯·維蘭德;;晶核層對(duì)ZnO納米棒陣列結(jié)構(gòu)和性能的影響(英文)[J];吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年03期

9 鄒強(qiáng);張之圣;李海燕;李玲霞;胡明;秦玉香;劉志剛;;高分子自組裝ZnO納米帶合成過程的研究[J];無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào);2006年09期

10 李金釵;朱昱;盧紅兵;田玉;;ZnO納米結(jié)構(gòu)的電化學(xué)法可控生長(zhǎng)及其機(jī)理[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2007年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 武麗慧;張永哲;韓立中;康翠萍;謝二慶;;ZnO納米球制備染料敏化太陽(yáng)能電池電極的研究[A];TFC'07全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2007年

2 王秀軍;陳冠華;;維度變化導(dǎo)致ZnO納米帶出現(xiàn)金屬性[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第九屆全國(guó)量子化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨慶祝徐光憲教授從教六十年論文摘要集[C];2005年

3 王玉新;李新勇;;低溫濕化學(xué)法制備ZnO納米棒陣列膜[A];第五屆全國(guó)環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

4 吳嘗;朱克榮;周廣東;;ZnO納米晶的拉曼光譜[A];第十五屆全國(guó)光散射學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

5 王明軍;方國(guó)家;艾磊;劉逆霜;高慧敏;趙興中;;種子層對(duì)染料敏化ZnO納米棒光伏電池性能的影響[A];第六屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（4）[C];2007年

6 于靈敏;朱長(zhǎng)純;;絲網(wǎng)印刷ZnO納米錐場(chǎng)發(fā)射特性研究[A];第九屆真空技術(shù)應(yīng)用學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

7 徐春祥;朱光平;J.Kasim;李欣;陳瑞添;楊儀;申澤驤;孫小衛(wèi);;ZnO納米碟的發(fā)光與Raman光譜圖像[A];第11屆全國(guó)發(fā)光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

8 孔林;王亮;楊家祥;許獻(xiàn)云;周虹屏;吳杰穎;田玉鵬;;單一前驅(qū)體溶劑熱法制備花樣ZnO納米結(jié)構(gòu)[A];全國(guó)第十四屆大環(huán)化學(xué)暨第六屆超分子化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文專輯[C];2008年

9 韓嘯;程軻;張電波;師清;戴樹璽;杜祖亮;;ZnO納米棒陣列/CdS納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備及其光電性質(zhì)[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

10 黃在銀;譚學(xué)才;袁愛群;吳健;周澤廣;;特殊ZnO納米結(jié)構(gòu)的自組裝合成與表征[A];第三屆全國(guó)化學(xué)工程與生物化工年會(huì)論文摘要集（下）[C];2006年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 楊琴;基于ZnO納米棒的核/殼納米異質(zhì)陣列的制備和光學(xué)特性[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 梁金坤;p型Sb摻雜ZnO納米棒的制備與光電性能[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

3 林沛;ZnO納米器件性能的力光電多場(chǎng)耦合調(diào)控研究[D];北京科技大學(xué);2016年

4 林艷紅;ZnO納米粒子的制備及其表面光電特性的研究[D];吉林大學(xué);2006年

5 劉玉學(xué);SiO_2包埋的ZnO納米粒子的制備及其結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性研究[D];中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2001年

6 高銘;摻雜ZnO（ZYO，ZMEO）和ZnO納米復(fù)合材料（MgO/ZnO，Ag/ZNTs）的光學(xué)性能研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2013年

7 范東華;ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備、表征及其光學(xué)性質(zhì)研究[D];上海交通大學(xué);2008年

8 楊峰;ZnO納米結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)控與表面光電性能研究[D];浙江大學(xué);2008年

9 董林;ZnO納米晶的修飾、自組裝及光學(xué)性質(zhì)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2005年

10 萬(wàn)青;零維Ge和一維ZnO納米結(jié)構(gòu)與器件[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2004年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 程烯;溶液燃燒法制備ZnO納米結(jié)構(gòu)及光催化性能研究[D];蘭州大學(xué);2015年

2 常城;Si襯底上制備ZnO納米陣列與ZnO的納米修飾[D];遼寧師范大學(xué);2015年

3 楊亞娜;基于ZnO納米棒的敏化太陽(yáng)電池光陽(yáng)極的制備及光電性能研究[D];浙江理工大學(xué);2016年

4 高品;ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備及其光學(xué)性能的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

5 屈文Pr;ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備及其光、光電催化性能[D];鄭州大學(xué);2016年

6 包建輝;稀土摻雜ZnO納米光電材料的制備及光電特性研究[D];廣西大學(xué);2016年

7 李慶偉;垂直ZnO納米棒陣列的水溶液法可控生長(zhǎng)及N摻雜ZnO薄膜的電學(xué)機(jī)制研究[D];大連理工大學(xué);2010年

8 張曉楠;ZnO納米棒陣列制備及染料敏化太陽(yáng)能電池研究[D];蘭州理工大學(xué);2012年

9 吳彩平;以ZnO納米棒陣列薄膜為光陽(yáng)極的染料敏化太陽(yáng)能電池研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

10 劉然;一維有序ZnO納米棒陣列薄膜的制備及應(yīng)用[D];北京交通大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：760338