ZnO作為光催化劑,來源廣泛,成本低廉,低毒且易回收,已在在光催化領(lǐng)域得到廣泛使用。然而較寬的禁帶寬度（約3.2 e V）,使得其僅能在高能量的紫外光條件下具備光催化作用;同時(shí),ZnO材料中光生載流子包括光生電子與空穴很容易在遷移過程中發(fā)生再復(fù)合,因而光催化效率低。論文基于形貌影響性能的理念,通過調(diào)節(jié)ZnO材料的形貌,并進(jìn)而采用復(fù)合第二組分的方法,力圖調(diào)節(jié)ZnO的表面性質(zhì),拓寬材料的光吸收光區(qū)域,改善材料中光生載流子的復(fù)合,以提高材料的光催化性能,其主要工作內(nèi)容為:1. 采用簡單的水熱法制備了花狀層次結(jié)構(gòu)的ZnO材料,用XRD,XPS,TEM,SEM,BET,分光光度和電化學(xué)測試等手段對合成材料的結(jié)構(gòu),形貌,比表面和光吸收性能進(jìn)行了表征;然后,以亞甲基藍(lán)（MB）溶液作為模擬染料廢水,利用樣品作為催化劑進(jìn)行了光催化降解,探究其光催化性能。結(jié)果表明:盡管花狀ZnO沒有改變光吸收性能,但是比表面增大,表面活性位點(diǎn)增加,因而可以通過染料敏化方式發(fā)生光降解,可見光照射下,180 min內(nèi)花狀層次結(jié)構(gòu)的ZnO材料對MB降解率達(dá)50%。2. 采用緩釋方法原位合成將BiOI納米片涂覆花狀ZnO層次結(jié)構(gòu)... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

ZnO的(a)四方巖鹽結(jié)構(gòu)，(b)立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)(c)六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)[1]

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文這是由于光催化反應(yīng)是在催化劑表面而不是在本體溶液中進(jìn)行的。在反應(yīng)的初始或最終階段，目標(biāo)分子需要吸附在活性位點(diǎn)上，否則反應(yīng)將不會(huì)發(fā)生。另一個(gè)非常重要的因素是催化劑的表面電荷。半導(dǎo)體表面電荷直接影響目標(biāo)分子通過活性位點(diǎn)的吸附。相反的電荷粒子具有更多的吸引力，而相同的電荷彼此排斥[22]。同樣，其他一些外部因素也影響光催化劑的效率。內(nèi)在因素是可見光吸收是影響光催化過程的重要方面之一。與紫外線(UV)和近紅外(NIR)相比，輻射到地球上的太陽光包含更多的可見光。不幸的是，我們研究最多的光催化劑，例如TiO2和ZnO，其帶隙位于紫外線能量區(qū)域[23]。光催化技術(shù)是一種直接利用太陽能來進(jìn)行有機(jī)物降解的技術(shù)，光催化反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，其中最重要的是光催化反應(yīng)，可以分為三個(gè)步驟：首先，光催化劑被大于或等于光催化帶隙能量的光能激發(fā)，產(chǎn)生光致電子(e-)和空穴(h+)。價(jià)帶(VB)生成的電子通過價(jià)帶躍遷轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶(CB)，然后在相應(yīng)的價(jià)帶上留下空穴(h+)。因而在導(dǎo)帶(CB)中產(chǎn)生了光致電子和在價(jià)帶(VB)中生成了光致空穴[24]。第二，光致電子(e-)和空穴(h+)與O2和H2O反應(yīng)生成高反應(yīng)活性的羥基自由基和超氧化物自由基。吸附在光催化劑表面上的O2捕獲e-形成超氧自由基(O2-)，O2-自由基進(jìn)一步與H2O反應(yīng)生成氫過氧自由基(HO2·)。吸附在光催化劑表面的H2O或-OH被h+氧化，生成羥基自由基(·OH)[25]，如圖1.2所示。第三，這些高反應(yīng)活性性的自由基，氫過氧自由基和超氧化物自由基將有機(jī)污染物光催化降解氧化成CO2和H2O[26]。圖1.2半導(dǎo)體光誘導(dǎo)催化模型[25]在半導(dǎo)體光催化中，光子被催化劑吸收，吸收的能量用于產(chǎn)生載流子，所產(chǎn)生的電荷載體被運(yùn)輸?shù)酱呋瘎┑谋砻妫晒D(zhuǎn)移的電荷載體進(jìn)而參與目標(biāo)分子的

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文在室溫?cái)嚢杓s20分鐘。然后，在劇烈攪拌下將10MNaOH溶液(10mL)滴加到上述混合物中，直到混合物的pH值達(dá)到13。將懸浮液轉(zhuǎn)移到襯有聚四氟乙烯的不銹鋼高壓釜中，并在150℃下保持15h。冷卻至室溫后，將所得固體過濾，用去離子水洗滌，然后在120℃下干燥12小時(shí)。最后，將產(chǎn)品在馬弗爐中約500℃煅燒2小時(shí)。獲得了ZnO納米材料。在水熱制備過程中，采用與在指定溫度和組成下溶液的飽和蒸氣壓相對應(yīng)的自生壓力。水熱方法合成的ZnO納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是成核，生長和老化的速率和均勻性的調(diào)節(jié)，從而控制了納米微晶的粒徑和形態(tài)。這是由于該方法能夠?qū)⒁呀?jīng)結(jié)晶的粉末直接從溶液中沉淀出來。因此，各個(gè)晶體的聚集水平大大降低，在許多常規(guī)的合成方法中，這種現(xiàn)象是不可能的。另外，水熱結(jié)晶的ZnO納米結(jié)構(gòu)的純度超過了前體材料，因?yàn)樗疅峤Y(jié)晶是一種自純化過程，其中，生長單元趨向于去除反應(yīng)介質(zhì)中存在的雜質(zhì)。在水熱過程中，雜質(zhì)與結(jié)晶溶液一起去除，這在其他合成方法中是不可能的。圖1.3水熱法ZnO架構(gòu)生長機(jī)制的示意圖[10](2)化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積(CVD)大致包含三步：首先，形成揮發(fā)性物質(zhì)；其次，把上述物質(zhì)轉(zhuǎn)移至沉積區(qū)域；最后，在固體上產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生固態(tài)物質(zhì)。在化學(xué)反應(yīng)過程中，納米結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)的生長以蒸氣形式在加熱的基材上發(fā)生。通過CVD沉積合成ZnO納米結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵通常取決于基底位置，生長溫度，沉積時(shí)間，氣體流速和壓力。然而，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整沉積參數(shù)，導(dǎo)致合成不同尺寸和形狀的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Synthesis of magnetically recoverable visible-light-induced photocatalysts by combination of Fe3O4/ZnO with BiOI and polyaniline[J]. Aziz Habibi-Yangjeh,Maryam Shekofteh-Gohari.  Progress in Natural Science:Materials International. 2019(02)
[2]Synthesis of α-Mo2C by Carburization of α-MoO3 Nanowires and Its Electrocatalytic Activity towards Tri-iodide Reduction for Dye-Sensitized Solar Cells[J]. J.Theerthagiri,R.A.Senthil,M.H.Buraidah,J.Madhavan,A.K.Arof.  Journal of Materials Science & Technology. 2016(12)



本文編號：3594884