本文關(guān)鍵詞：表面改性對ZnO光電化學性能的影響機制及其密度泛函數(shù)理論計算研究

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【摘要】：ZnO因其低成本、較高的穩(wěn)定性和光催化活性、低毒性等優(yōu)點被公認為優(yōu)良的半導體光催化劑。相比于TiO2,ZnO具有優(yōu)良的電子傳輸率;另外,通過控制ZnO的形貌結(jié)構(gòu)并經(jīng)過一定的改性修飾可明顯提升ZnO的光催化和光電化學性能。因此,本文基于多孔ZnO納米棒(ZnO NRs)材料,探究表面改性工藝對其光催化性能的影響機制。然后,進一步基于密度泛函理論對不同元素摻雜的ZnO晶胞進行第一性原理計算,探索元素摻雜修飾對于ZnO光催化性能提高的原因。本文首先通過水熱法制備多孔ZnO NRs材料,通過金屬Ag和碳點(C-dots)改性修飾多孔ZnO NRs材料,并研究其光催化和光電化學。光催化降解性能結(jié)果表明:Ag和碳點改性ZnO能有效提高ZnO的光催化性能,其中摩爾分數(shù)為3%Ag和質(zhì)量分數(shù)為1.2%碳點改性ZnO NRs光催化劑分別表現(xiàn)出最佳的光催化性能;進一步的光催化苯酚降解實驗結(jié)果表明,納米Ag顆粒改性ZnO NRs對苯酚的降解過程存在明顯的影響。深入分析發(fā)現(xiàn):Ag和碳點在光催化劑中起到光生電子載體的作用,能夠促進光生電子與空穴的有效分離,從而增強光催化性能。為了深入研究摻雜元素對ZnO光催化性能的影響,進一步基于光催化原理利用DFT理論探究金屬(Fe、Cu、Cd)、非金屬(B、N、S)摻雜ZnO的電子結(jié)構(gòu)和光學性能。研究表明:通過不同元素摻雜ZnO可以改變其近費米能級的電子態(tài)密度和并相應改變其電子結(jié)構(gòu),摻雜ZnO由于外層電子的差別的光學性能也有一定的提高。通過元素的摻雜,能夠使得ZnO能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度、光學性能發(fā)生變化,這有利于提高ZnO的光催化性能。
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O614.241;O643.36

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