本文關(guān)鍵詞：鋅銅層狀氫氧化物的合成及其在光催化劑制備中的應(yīng)用

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【摘要】：納米ZnO和ZnS為寬帶隙半導(dǎo)體,在紫外光照射下,ZnO和ZnS納米材料生成電子、空穴的速度非常快,且光生電子、空穴具有很強(qiáng)的氧化還原能力,是良好的光催化劑。碳納米材料如石墨烯,碳纖維等由于其良好的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性成為優(yōu)異的催化劑載體。近年來,ZnO和ZnS碳納米復(fù)合材料在環(huán)境和能源領(lǐng)域表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景,但是在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問題：1.ZnO和ZnS納米材料由于納米尺寸,效應(yīng)粒子間容易團(tuán)聚,穩(wěn)定性較差。2.ZnO和ZnS在可見光范圍內(nèi)催化效果較弱,不能夠很好地利用太陽光這一天然能源。基于ZnO和ZnS納米材料的制備及應(yīng)用存在的問題,本論文以有機(jī)-無機(jī)層狀金屬氫氧化物為前驅(qū)體,通過氣固反應(yīng),原位固態(tài)熱解等方法合成了兩種均勻、穩(wěn)定、可見光下催化性能良好的三元納米復(fù)合材料：一維Cu/ZnO/C和一維Zn1-xCu2xS/C。并考察了他們的可見光降解MB和光電流響應(yīng)性能。具體內(nèi)容如下：1.以硝酸鋅、硝酸銅、苯甲酸鈉為原料,通過控制反應(yīng)溫度、pH等條件,在無需模板劑和其他表面活性劑條件下,首次制備出一維ZnCu(OH)BA-LDH納米材料。并通過SEM、XRD、EDS、FTIR等表征手段,研究不同溫度和pH對ZnCu(OH)BA-LDH形貌和晶體結(jié)構(gòu)影響以及ZnCu(OH)BA-LDH化學(xué)組成和層間陰離子排布方式。2.以一維ZnCu(OH)BA-LDH為前驅(qū)體,在無需其他模板劑和還原劑條件下,利用LDH層間金屬離子均勻排布特性,通過原位固態(tài)熱解的方法,將一維ZnCu(OH)BA-LDH在惰性氣體中煅燒制備出高分散的一維Cu/ZnO/C納米復(fù)合材料。XRD、XPS、HRTEM、FTIR等表征表明,ZnO和Cu納米粒子均勻分散于碳基質(zhì)中,金屬Cu、ZnO和C之間作用緊密,ZnO與C之間存在Zn-O-C鍵作用能有效提高電子與空穴分離。其中苯甲酸作為碳源所形成的碳基質(zhì)具有敏化作用提高ZnO可見光活性,且碳基質(zhì)含有大量親水基團(tuán)(-OH、-COO-),有效提高一維Cu/ZnO/C在水中分散性。苯甲酸熱解過程中釋放的還原性氣體將Cu2+還原為金屬Cu,金屬Cu的表面區(qū)域共振效應(yīng)亦增強(qiáng)了ZnO的可見光活性。我們將不同溫度下煅燒所得的一維Cu/ZnO/C催化劑用于可見光降解MB,實(shí)驗(yàn)表明：400。C下煅燒所得樣品催化活性最且催化活性高于商業(yè)ZnO。3.以一維ZnCu(OH)BA-LDH為前驅(qū)體,無需其他修飾劑和還原劑,通過氣固反應(yīng)將層板間金屬離子硫化,再經(jīng)惰性氣氛下的固態(tài)熱解得到高分散的一維Zn1-xCu2xS/C納米復(fù)合材料。XRD、XPS、HRTEM、FTIR等表征表明我們制得的Zn1-xCu2xS固溶體均勻分散于碳基質(zhì)中,并且Zn1-xCu2xS與C之間存在M-O-C鍵相互作用,有利于電子在Zn1-xCu2xS與C之間傳導(dǎo),同時(shí)n1-xCu2xS與C的緊密結(jié)合很好的提高了Zn1-xCu2xS在空氣中的穩(wěn)定性。另外Cu2S作為一種窄帶隙半導(dǎo)體在可見光區(qū)域有較強(qiáng)吸收,Cu2S與ZnS形成固溶體有效提高ZnS可見光區(qū)催化活性。我們通過可見光降解MB作為探針反應(yīng)對制得的不同Zn、Cu比例的一維Zn1-xCu2xS納米復(fù)合材料可見光催化活性進(jìn)行研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Zn與Cu比為4：1時(shí)一維Zn1-xCu2xS/C納米復(fù)合材料可見光催化活性最高。將不同Zn、Cu比例的一維Zn1-xCu2xS/C納米復(fù)合材料應(yīng)用于光電流測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Zn與Cu比為4：1時(shí),一維Zn1-xCu2xS/C納米復(fù)合材料光響應(yīng)電流較大。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332;O643.36

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 ;Mild hydrothermal preparation of a layered metal hydroxide salt with microtube/rod morphology[J];Particuology;2010年03期

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本文編號：1155265