發(fā)布時(shí)間：2017-06-28 01:08

  本文關(guān)鍵詞：ZnO與氧化石墨烯的制備及其復(fù)合材料光催化性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氧化鋅(ZnO)是一種寬帶隙多功能半導(dǎo)體材料。由于其優(yōu)良的物理及化學(xué)特性,ZnO在納米發(fā)電機(jī)、氣敏傳感器、太陽能電池和光催化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,受到了人們的廣泛關(guān)注。石墨烯(graphene)是單原子厚度的碳原子層,其結(jié)構(gòu)與展開的碳納米管相似。自2004年問世以來,因其獨(dú)特的物理及化學(xué)性質(zhì),石墨烯在光學(xué)、電學(xué)、傳感器、催化劑等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。 隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和環(huán)境問題日益突顯,光催化劑作為一種降解有機(jī)污染物的高效、綠色環(huán)保催化劑,越來越受到人們的關(guān)注。目前應(yīng)用最廣泛的光催化材料是Ti02及其復(fù)合物,但是其成本較高且不易回收利用。相比之下,ZnO具有與Ti02相似的帶隙,安全無毒且成本更低,甚至在降解某些污染物時(shí)表現(xiàn)出比TiO：更高的光催化效率,因此,ZnO成為光催化領(lǐng)域一個(gè)更好的選擇。此外,由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能,氧化石墨烯(GO)巨大的比表面積可吸附有機(jī)污染物,其特殊結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)復(fù)合材料的光吸收范圍。因此,將ZnO和氧化石墨烯有機(jī)結(jié)合起來,采取較為簡單的方法制備出更為高效和成本低廉的復(fù)合光催化劑,在光催化降解有機(jī)污染物領(lǐng)域具有重大意義。 本文的主要研究內(nèi)容和取得的結(jié)果如下： (1)采用低溫水溶液法在玻璃基底上生長ZnO納米棒(ZnO nanorods, ZnO NRs),通過XRD和SEM表征研究了實(shí)驗(yàn)參數(shù)對制備的ZnO納米棒的形貌和結(jié)構(gòu)的影響,并通過PL譜研究了ZnO納米棒的缺陷狀態(tài)。結(jié)果顯示：四層種子層,硝酸鋅和HMT濃度比為1：l時(shí)生長的ZnO納米棒具有最好的結(jié)構(gòu)和形貌；隨著硝酸鋅和HMT濃度比的增大,制備的ZnO納米棒的均勻性越來越差,產(chǎn)生的氧空位缺陷和結(jié)構(gòu)缺陷越來越多。 (2)為了便于研究ZnO的光催化性能,我們用無基底自組裝法制備了ZnO納米棒,用均勻沉淀法制備了ZnO納米顆粒(ZnO nanoparticles, ZnO NPs)。通過XRD和SEM發(fā)現(xiàn),無基底自組裝法生長的ZnO納米棒具有明顯的C軸擇優(yōu)取向,其直徑在500nm左右,長度在5μm左右,而且具有較多的結(jié)構(gòu)缺陷；通過均勻沉淀法制備的ZnO納米顆粒平均粒徑約在50nm左右,近似球形。通過紫外-可見吸收光譜和光催化實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn),ZnO納米棒和納米顆粒的吸收譜基本一致,都是具有較強(qiáng)的紫外吸收能力,而對可見光基本不吸收,ZnO納米棒的光吸收能力稍強(qiáng)于ZnO納米顆粒：二者在紫外光照射下降解甲基橙的能力相差不大,最大降解率都能達(dá)到94%左右。 (3)通過Hummers法制備了氧化石墨烯(GO),并通過硼氫化鈉、DMAB、抗壞血酸對其進(jìn)行還原得到石墨烯(rGO)。結(jié)果表明：硼氫化鈉對氧化石墨烯的還原速率最快,但是還原后容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象,得到的rGO分散性較差,缺陷也較多；DMAB和抗壞血酸對氧化石墨烯的還原速率較慢,但是可以得到分散性良好的rGO懸浮液,缺陷也相對少一點(diǎn)。根據(jù)不同的要求可以選用不同的還原劑。 (4)分別制備了自組裝ZnO納米棒和ZnO納米顆粒與GO的復(fù)合材料,并對兩種復(fù)合材料進(jìn)行了紫外-可見吸收光譜和光催化測試。結(jié)果表明：將ZnO與GO復(fù)合,可以明顯提高ZnO對紫外光和可見光的吸收,在紫外光照射下兩種ZnO/GO復(fù)合材料對甲基橙的降解率幾乎均可達(dá)到100%,GO與ZnO的質(zhì)量比不同時(shí),對復(fù)合材料的光吸收和光催化能力有所影響,在我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中,GO和ZnO納米顆粒的質(zhì)量比為1：20的復(fù)合物具有最好的光吸收能力和光催化性能。
【關(guān)鍵詞】：氧化鋅 氧化石墨烯 復(fù)合材料 光催化降解
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TB332;O613.71;O614.241
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 前言10-11
• 1.2 納米ZnO11-15
• 1.2.1 ZnO的結(jié)構(gòu)及基本性質(zhì)11-12
• 1.2.2 納米ZnO材料的特性12
• 1.2.3 納米ZnO的制備12-14
• 1.2.4 納米氧化鋅在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用14
• 1.2.5 ZnO的光催化機(jī)理14-15
• 1.3 石墨烯15-19
• 1.3.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)15-16
• 1.3.2 石墨烯的制備16-18
• 1.3.3 石墨烯的表征方法18
• 1.3.4 石墨烯的性質(zhì)及潛在應(yīng)用18
• 1.3.5 石墨烯及石墨烯基復(fù)合物在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用18-19
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容及意義19-21
• 第二章 水溶液法制備ZnO納米結(jié)構(gòu)21-32
• 2.1 主要試劑和儀器21-22
• 2.1.1 主要試劑21
• 2.1.2 主要儀器和設(shè)備21-22
• 2.2 水溶液法在玻璃基底上制備ZnO納米棒薄膜22-23
• 2.2.1 ZnO種子層的制備22
• 2.2.2 溶膠凝膠法制備ZnO種子層的機(jī)理22-23
• 2.2.3 水溶液中ZnO納米棒的生長機(jī)理23
• 2.3 種子層層數(shù)對ZnO納米棒的影響23-25
• 2.3.1 種子層層數(shù)對ZnO納米棒形貌和結(jié)構(gòu)的影響23-25
• 2.3.2 種子層層數(shù)對ZnO納米棒光致發(fā)光譜(PL譜)的影響25
• 2.4 硝酸鋅與HMT濃度比對ZnO納米棒的影響25-28
• 2.4.1 硝酸鋅與HMT濃度比對ZnO納米棒形貌和結(jié)構(gòu)的影響25-26
• 2.4.2 硝酸鋅和HMT的濃度比對ZnO納米棒光致發(fā)光譜的影響26-28
• 2.5 濃度對ZnO納米棒的影響28-29
• 2.5.1 濃度及濃度比對ZnO納米棒形貌和結(jié)構(gòu)的影響28
• 2.5.2 不同濃度及濃度比對ZnO光致發(fā)光譜的影響28-29
• 2.6 無基底自組裝生長ZnO納米棒薄膜29
• 2.7 均勻沉淀法制備ZnO納米顆粒29-30
• 2.8 ZnO納米結(jié)構(gòu)的形貌和結(jié)構(gòu)表征30-32
• 第三章 氧化還原法制備石墨烯32-39
• 3.1 實(shí)驗(yàn)32-34
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料和試劑32
• 3.1.2 氧化石墨烯的制備32-33
• 3.1.3 氧化石墨烯的還原33-34
• 3.2 氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)表征34-35
• 3.2.1 氧化石墨烯的XRD譜圖分析34-35
• 3.2.2 氧化石墨烯的Raman譜圖分析35
• 3.3 化學(xué)還原氧化石墨烯(rGO)的表征35-39
• 3.3.1 三種還原劑還原效果對比35-36
• 3.3.2 不同還原劑還原樣品的SEM表征36-37
• 3.3.3 不同還原劑還原樣品的Raman表征37-39
• 第四章 ZnO與氧化石墨烯的復(fù)合及其光催化性能測試39-47
• 4.1 樣品制備39
• 4.2 結(jié)果與討論39-41
• 4.2.1 ZnO/GO復(fù)合結(jié)構(gòu)的SEM照片39-40
• 4.2.2 ZnO/GO復(fù)合材料的Raman表征40
• 4.2.3 ZnO、GO及ZnO/GO復(fù)合材料的紫外-可見吸收光譜40-41
• 4.3 ZnO/GO復(fù)合材料的光催化性能測試41-47
• 4.3.1 ZnO/GO復(fù)合物的光催化實(shí)驗(yàn)41-42
• 4.3.2 ZnO NRs/GO和ZnO NRs/rGO復(fù)合材料的光催化性能測試42-43
• 4.3.3 ZnO NPs/GO復(fù)合材料光催化性能測試43-44
• 4.3.4 GO的含量對復(fù)合材料形貌及紫外-可見吸收譜的影響44-45
• 4.3.5 復(fù)合材料光催化作用的機(jī)理分析45-47
• 第五章 結(jié)論47-49
• 參考文獻(xiàn)49-53
• 在學(xué)期間的研究成果53-54
• 致謝54

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 敏世雄;呂功煊;;新型二維碳材料——石墨烯在光催化分解水制氫中的研究進(jìn)展[J];分子催化;2011年02期

2 瞿娟;黃榮榮;賴?yán)娣?和成剛;;TiO_2光催化降解甲基橙性能的研究[J];江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);2009年01期

3 劉超峰,胡行方,祖庸;以尿素為沉淀劑制備納米氧化鋅粉體[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);1999年03期

  本文關(guān)鍵詞：ZnO與氧化石墨烯的制備及其復(fù)合材料光催化性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：491922