本文關鍵詞：ZnO基復合納米材料的制備及其光電化學性能研究

  更多相關文章： ZnO納米棒陣列 復合材料 光生-電子空穴對分離 光電化學性能 污染物降解

【摘要】：探索開發(fā)清潔可持續(xù)能源以及新技術以解決日益嚴重的環(huán)境污染問題和能源消耗危機逐漸成為全球關注的焦點。以ZnO為代表的傳統(tǒng)半導體光催化材料因其在環(huán)境治理和新能源領域有重要應用前景吸引了廣泛的關注。然而,寬帶隙(3.2 eV)和光生載流子快速復合而導致的弱可見光吸收和低量子效率嚴重制約了ZnO在光催化領域的實際應用。因此,合理地設計與制備具有較強可見光響應性能、高量子產(chǎn)率以及優(yōu)異穩(wěn)定性的半導體催化劑已成為當前世界光催化領域的熱門研究之一。本論文通過電沉積、化學浴沉積、溶劑熱、熱縮聚等方法可控制備能帶可調、具有良好可見光響應、高穩(wěn)定性的ZnO基復合納米陣列結構光陽極,并系統(tǒng)研究其光電化學性能。具體研究內(nèi)容如下:(1)通過化學浴沉積和電沉積法制備了CdS、CdSe雙殼層敏化、多孔分散的ZnO/CdS/CdSe納米管陣列復合材料。該復合材料顯示出優(yōu)越的光電化學性能和污染物降解能力,主要可歸因于以下三點的結合:1)ZnO,CdS,CdSe三者構成的type-II階梯式的能帶結構,2)CdS,CdSe對ZnO的共同敏化作用,3)多孔的納米管結構,從而促進了光生電子-空穴對的有效分離與傳輸。(2)通過電沉積和化學浴沉積法制備了ZnO/Cu_2O/CdS雙p-n異質結構的納米棒陣列復合材料。相比于ZnO和ZnO/Cu_2O,ZnO/Cu_2O/CdS顯示出優(yōu)異的光解水性能和污染物降解能力,主要是因為ZnO/Cu_2O和Cu_2O/CdS雙p-n異質結能夠提供足夠大的空間電荷層以產(chǎn)生大量的載流子;同時,雙p-n異質結的存在極大地促進了光生電子-空穴對的分離與轉移,這是導致優(yōu)異性能的主要原因。(3)通過電沉積和溶劑熱法制備了p型BiOI納米片修飾n型ZnO納米棒陣列復合材料。這種p-n異質結構的復合材料在可見光照射下顯示了優(yōu)異的光電化學性能和污染物降解能力,主要歸功于窄帶隙的p型BiOI不僅僅充當吸收可見光的敏化劑,提升了電子向n型ZnO納米棒陣列轉移效率,而且ZnO納米棒陣列提供了電子快速轉移通道,能有效抑制電子-空穴對的復合,而BiOI獨特的片層結構也增加了與污染物的接觸面積。(4)通過電沉積和溶劑熱法制備了BiOBr納米片鑲嵌的ZnO納米棒陣列復合材料。相比于單一的ZnO和BiOBr,ZnO/BiOBr獲得了增強的光解水性能和污染物降解能力,得益于兩種半導體之間構建的異質結構既增加可見光吸收又加速光生電子-空穴對的分離。(5)通過電沉積和熱縮聚法制備了類石墨烯g-C_3N_4修飾的ZnO納米棒陣列復合材料。該復合材料獲得了明顯提高的光響應活性,這主要歸功于具有可見光響應的片層結構的類石墨烯g-C_3N_4對ZnO納米棒的修飾,提高光生-電子空穴對的分離與傳輸效率。
【關鍵詞】：ZnO納米棒陣列 復合材料 光生-電子空穴對分離 光電化學性能 污染物降解
【學位授予單位】：廣州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;O646
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 前言13-38
• 1.1 光催化技術概論13-23
• 1.1.1 光催化研究背景13-14
• 1.1.2 光催化基本原理14-17
• 1.1.2.1 半導體能帶結構14-15
• 1.1.2.2 光催化反應步驟15-17
• 1.1.3 光催化實際應用17-21
• 1.1.3.1 降解無機污染物18
• 1.1.3.2 降解有機污染物18-19
• 1.1.3.3 分解水制氫19
• 1.1.3.4 殺菌消毒19-20
• 1.1.3.5 合成反應20-21
• 1.1.4 光催化影響因素21-23
• 1.1.4.1 能帶結構21
• 1.1.4.2 晶粒尺寸21-22
• 1.1.4.3 比表面積22
• 1.1.4.4 反應溫度22
• 1.1.4.5 溶液pH值22
• 1.1.4.6 光源與光強22-23
• 1.2 光催化劑研究進展23-26
• 1.2.1 氧化鋅光催化劑存在問題23
• 1.2.2 氧化鋅光催化劑改性23-26
• 1.2.2.1 貴金屬沉積23-24
• 1.2.2.2 離子摻雜24
• 1.2.2.3 半導體復合24-25
• 1.2.2.4 光敏化25-26
• 1.3 光催化與其他技術聯(lián)用26-27
• 1.3.1 光催化與電催化耦合26-27
• 1.3.2 光催化與熱催化耦合27
• 1.3.3 光催化與微波結合27
• 1.4 立題依據(jù)與研究方案27-31
• 1.4.1 立題依據(jù)27-29
• 1.4.2 研究方案與內(nèi)容29-30
• 1.4.3 選題特色與創(chuàng)新之處30-31
• 參考文獻31-38
• 第二章 實驗部分38-43
• 2.1 主要試劑與儀器38-40
• 2.1.1 實驗試劑38-39
• 2.1.2 實驗儀器39-40
• 2.2 物相表征與性能測試40-43
• 2.2.1 X射線粉末衍射（XRD）40
• 2.2.2 場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）40
• 2.2.3 場發(fā)射透射電子顯微鏡（TEM）40
• 2.2.4 X射線光電子能譜（XPS）40
• 2.2.5 紫外可見漫反射吸收光譜（DRS）40
• 2.2.6 熒光發(fā)射光譜（PL）40
• 2.2.7 拉曼散射光譜（Raman）40-41
• 2.2.8 電流-時間曲線（I-T）41
• 2.2.9 線性伏安掃描法（I-V）41
• 2.2.10 莫特-肖特基曲線（M-S）41
• 2.2.11 交流阻抗曲線（EIS）41
• 2.2.12 光電催化降解（PEC）41
• 2.2.13 主要活性物質捕獲實驗41-42
• 2.2.14 化學熒光法測定羥基自由基（TA-PL）42-43
• 第三章 多孔ZnO/CdS/CdSe納米管陣列的制備及其光電化學性能研究43-54
• 3.1 引言43-44
• 3.2 實驗部分44-45
• 3.2.1 復合納米材料的制備44
• 3.2.1.1 ZnO納米棒陣列的制備44
• 3.2.1.2 多孔ZnO/CdS/CdSe納米管陣列的制備44
• 3.2.2 光電化學性能評價44-45
• 3.2.2.1 電化學性能測試44
• 3.2.2.2 光電催化性能測試44-45
• 3.3 結果與討論45-51
• 3.3.1 物相結構表征45-47
• 3.3.2 材料性能測試47-50
• 3.3.3 反應機理討論50-51
• 3.4 本章小結51-52
• 參考文獻52-54
• 第四章 ZnO/Cu_2O/CdS雙異質結材料的制備及其光電化學性能研究54-68
• 4.1 引言54-55
• 4.2 實驗部分55-56
• 4.2.1 ZnO/Cu_2O/CdS雙異質結的制備55
• 4.2.2 光電化學性能評價55-56
• 4.2.2.1 電化學性能測試55-56
• 4.2.2.2 光電催化性能測試56
• 4.3 結果與討論56-64
• 4.3.1 物相結構表征56-58
• 4.3.2 材料性能測試58-62
• 4.3.3 反應機理討論62-64
• 4.4 本章小結64-65
• 參考文獻65-68
• 第五章 ZnO/BiOI核殼納米材料的制備及光電化學性能研究68-81
• 5.1 引言68-69
• 5.2 實驗部分69-70
• 5.2.1 ZnO/BiOI納米棒陣列的制備69
• 5.2.2 光電化學性能評價69-70
• 5.2.2.1 電化學性能測試69-70
• 5.2.2.2 光電催化性能測試70
• 5.3 結果與討論70-77
• 5.3.1 物相結構表征70-73
• 5.3.2 材料性能測試73-74
• 5.3.3 反應機理討論74-77
• 5.4 本章小結77-78
• 參考文獻78-81
• 第六章 ZnO/BiOBr復合納米材料的制備及光電化學性能研究81-94
• 6.1 引言81-82
• 6.2 實驗部分82-83
• 6.2.1 ZnO/BiOBr納米棒陣列的制備82
• 6.2.2 光電化學性能評價82-83
• 6.2.2.1 電化學性能測試82-83
• 6.2.2.2 光電催化性能測試83
• 6.2.2.3 主要活性物質的檢測83
• 6.3 結果與討論83-90
• 6.3.1 物相結構表征83-86
• 6.3.2 材料性能測試86-88
• 6.3.3 反應機理討論88-90
• 6.4 本章小結90-91
• 參考文獻91-94
• 第七章 ZnO/g-C_3N_4復合納米材料的制備及光電化學性能研究94-105
• 7.1 引言94-95
• 7.2 實驗部分95
• 7.2.1 ZnO/g-C_3N_4納米棒陣列的制備95
• 7.2.2 光電化學性能評價95
• 7.2.2.1 電化學性能測試95
• 7.2.2.2 光電催化性能測試95
• 7.3 結果與討論95-101
• 7.3.1 物相結構表征95-98
• 7.3.2 材料性能測試98-100
• 7.3.3 反應機理討論100-101
• 7.4 本章小結101-102
• 參考文獻102-105
• 第八章 總結與展望105-107
• 8.1 總結105-106
• 8.2 展望106-107
• 碩士期間發(fā)表論文107-109
• 致謝109

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 彭輝;吳志紅;張建林;盧靜;吳晨嘯;李培強;尹洪宗;;基于能帶匹配理論設計CO_2光催化還原催化劑的研究進展[J];化工進展;2014年11期

2 鄭云;潘志明;王心晨;;國內(nèi)光催化研究進展簡述(英文)[J];催化學報;2013年03期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉健;CdS/TiO_2復合薄膜的制備及其光電化學性能研究[D];太原理工大學;2014年

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本文編號：801598