本文關(guān)鍵詞：鋅基氧化物及其復(fù)合物的制備與光催化性能研究

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【摘要】：光催化技術(shù)是一種綠色環(huán)保技術(shù),反應(yīng)條件溫和,應(yīng)用范圍廣泛,尤其是在去除有機(jī)污染物及產(chǎn)生清潔能源方面。近年來,它的研究引起了廣泛的關(guān)注。其中,光催化劑的光催化性能成為限制光催化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵性問題,因此具有優(yōu)良性能的半導(dǎo)體光催化劑成為人們研究的熱點(diǎn)。半導(dǎo)體光催化劑具有高效率、低能耗、反應(yīng)條件溫和、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)半導(dǎo)體光催化劑被太陽光激發(fā)后,能有效產(chǎn)生電子、空穴,將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為H2O、CO2等小分子,并且能夠降解廢水中有機(jī)污染物甲基藍(lán)(MB)、羅丹明B(RhB)等難以降解的物質(zhì),也可應(yīng)用在光催化水制氫、還原CO2等光催化領(lǐng)域。但目前半導(dǎo)體光催化劑的光吸收范圍、光催化效率以及光化學(xué)穩(wěn)定性都不令人滿意,所以開發(fā)新型、穩(wěn)定、高效的半導(dǎo)體光催化劑仍是發(fā)展光催化技術(shù)所面臨的巨大挑戰(zhàn)。針對(duì)以上問題,本文研究了半導(dǎo)體ZnO及Zn_2GeO_4的制備,并通過控制形貌得到花狀ZnO及棒狀Zn_2GeO_4,制備了Zn_2GeO_4納米晶并使其分別與石墨烯與類石墨型氮化碳進(jìn)行復(fù)合,主要內(nèi)容如下:(1)使用溶劑熱法,以丙三醇與異丙醇作為反應(yīng)溶劑,不添加任何表面活性劑或堿性試劑,制備了花狀ZnO半導(dǎo)體光催化劑。制備方法簡(jiǎn)單,原料清潔易得,并為氧化物的制備方法開辟了一條新的道路。分別使用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)合成的產(chǎn)物進(jìn)行物相和形貌分析,通過紅外(FT-IR)、XRD及熱重分析(TGA)對(duì)產(chǎn)物前驅(qū)體進(jìn)行表征測(cè)試,以推斷其形成機(jī)理,最后通過氮?dú)馕?脫附(BET)分析其比表面積,并用紫外分光光度計(jì)(UV-Vis)測(cè)其光譜吸收范圍,以羅丹明B為降解物測(cè)其光催化性能,結(jié)果表明在紫外光下光催化降解羅丹明B效率達(dá)到99%以上。(2)采用兩步溶劑熱法,首先用溶劑熱法制備含鋅前驅(qū)體,方法同(1),然后向前驅(qū)體中加入二氧化鍺,再次通過水熱法制備出一維棒狀半導(dǎo)體Zn_2GeO_4。使用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等測(cè)試手段對(duì)合成產(chǎn)物的物相、形貌和組成進(jìn)行分析。結(jié)果表明,得到的棒狀Zn_2GeO_4形貌均勻,大小均一。光催化性能測(cè)試在210 min內(nèi)羅丹明B降解率達(dá)到70.36%,表明所制備的棒狀Zn_2GeO_4具有良好的光催化性能。(3)采用溶劑熱法制備Zn_2GeO_4納米晶,并將其負(fù)載到氧化石墨烯上,通過兩步法水熱法制備了一系列Zn_2GeO_4/GO復(fù)合光催化劑。利用XRD、TEM、UV-Vis等手段對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌及光學(xué)性能進(jìn)行了表征,并以RhB作為目標(biāo)降解污染物,對(duì)其進(jìn)行了光催化性能測(cè)試。結(jié)果表明,Zn_2GeO_4納米晶均勻的分散在GO上,與單純的Zn_2GeO_4納米晶相比,Zn_2GeO_4/GO復(fù)合物的光催化性能有了明顯的提高。當(dāng)GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí),羅丹明B降解率達(dá)到95.21%。且經(jīng)過5次循環(huán)使用后,仍然保持較高的光催化活性,具有良好的穩(wěn)定性。(4)通過兩步法制備出了一系列Zn_2GeO_4/g-C_3N_4復(fù)合材料,且通過TEM、XRD、FT-IR、X射線光電子能譜分析(XPS)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試表征。將Zn_2GeO_4與g-C_3N_4復(fù)合之后,通過UV-Vis測(cè)試表明光譜吸收范圍明顯增強(qiáng),復(fù)合材料比單純g-C_3N_4的吸收波長出現(xiàn)明顯的紅移,且降解RhB時(shí)表現(xiàn)了顯著增強(qiáng)的光催化性能。而且,g-C_3N_4/Zn_2GeO_4復(fù)合光催化劑在可見光光催化降解RhB效率比單純的g-C_3N_4提高了3-6倍。
【關(guān)鍵詞】：氧化鋅 鍺酸鋅 復(fù)合材料 光催化劑
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 1 緒論13-29
• 1.1 半導(dǎo)體光催化的發(fā)展14-18
• 1.1.1 半導(dǎo)體光催化劑的形成與發(fā)展14-15
• 1.1.2 半導(dǎo)體光催化劑的機(jī)理分析15-17
• 1.1.3 半導(dǎo)體光催化劑的改性17-18
• 1.2 石墨烯基復(fù)合材料18-24
• 1.2.1 石墨烯概述18-19
• 1.2.2 石墨烯基復(fù)合材料的制備19-21
• 1.2.3 石墨烯基復(fù)合材料光催化處理污水21-23
• 1.2.4 石墨烯基復(fù)合材料光催化發(fā)展前景23-24
• 1.3 g-C_3N_4基半導(dǎo)體復(fù)合材料24-27
• 1.3.1 g-C_3N_4簡(jiǎn)介24
• 1.3.2 g-C_3N_4基復(fù)合材料的制備24-26
• 1.3.3 g-C_3N_4基復(fù)合材料光催化應(yīng)用26-27
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容27-29
• 2 花狀氧化鋅的制備及其光催化性能研究29-40
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分30-31
• 2.1.1 原料與儀器30
• 2.1.2 花狀氧化鋅的制備30-31
• 2.2 產(chǎn)品的表征31-34
• 2.2.1 樣品的形貌分析32-33
• 2.2.2 樣品的物相分析33-34
• 2.2.3 熱重分析34
• 2.3 花狀氧化鋅的形成機(jī)理分析34-36
• 2.4 BET分析測(cè)試36-37
• 2.5 紫外-可見吸收光譜37
• 2.6 光催化性能測(cè)試37-39
• 2.7 本章總結(jié)39-40
• 3 Zn_2Ge O_4納米棒的制備及其光催化性能研究40-48
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分41-42
• 3.1.1 原材料與儀器41-42
• 3.1.2 Zn_2GeO_4納米棒的制備42
• 3.2 產(chǎn)品的表征42-43
• 3.3 結(jié)果與討論43-45
• 3.3.1 XRD分析43-44
• 3.3.2 形貌分析44-45
• 3.4 光催化性能測(cè)試45-47
• 3.4.1 固體紫外吸光度測(cè)試45
• 3.4.2 光催化降解RhB45-47
• 3.5 本章總結(jié)47-48
• 4 Zn_2Ge O_4/GO復(fù)合光催化劑的制備及其性能研究48-57
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分49-51
• 4.1.1 原材料與儀器49-50
• 4.1.2 氧化石墨的制備50
• 4.1.3 Zn_2GeO_4納米晶的制備50
• 4.1.4 Zn_2GeO_4/GO復(fù)合物的制備50-51
• 4.2 產(chǎn)品的表征51
• 4.3 結(jié)果與討論51-54
• 4.3.1 TEM表征51-52
• 4.3.2 XRD分析52-53
• 4.3.3 固體紫外吸光度測(cè)試53-54
• 4.4 光催化降解RhB54-55
• 4.5 循環(huán)使用性能測(cè)試55-56
• 4.6 本章總結(jié)56-57
• 5 Zn_2GeO_4/g-C_3N_4復(fù)合光催化劑的制備及其性能研究57-68
• 5.1 實(shí)驗(yàn)部分58-60
• 5.1.1 原材料與儀器58-59
• 5.1.2 g-C_3N_4的制備59
• 5.1.3 Zn_2GeO_4的制備59
• 5.1.4 g-C_3N_4/Zn_2GeO_4的制備59-60
• 5.2 光催化實(shí)驗(yàn)60
• 5.3 結(jié)果與討論60-64
• 5.3.1 XRD分析60-61
• 5.3.2 FT-IR測(cè)試61-62
• 5.3.3 XPS測(cè)試62-63
• 5.3.4 TEM測(cè)試63
• 5.3.5 UV-Vis測(cè)試63-64
• 5.4 光催化性能測(cè)試64-67
• 5.4.1 光催化降解RhB64-65
• 5.4.2 光催化降解RhB機(jī)理分析65-66
• 5.4.3 光催化劑循環(huán)使用性能66-67
• 5.5 本章總結(jié)67-68
• 總結(jié)68-70
• 參考文獻(xiàn)70-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果79-80
• 致謝80-81

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5 張彭義,余剛,蔣展鵬;半導(dǎo)體光催化劑及其改性技術(shù)進(jìn)展[J];環(huán)境科學(xué)進(jìn)展;1997年03期

6 郄錄江;太陽能的化學(xué)變換與儲(chǔ)存[J];河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1985年02期

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