本文關(guān)鍵詞：ZnO基復(fù)合納米材料的制備及其光電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： ZnO納米棒陣列 復(fù)合材料 光生-電子空穴對(duì)分離 光電化學(xué)性能 污染物降解

【摘要】：探索開(kāi)發(fā)清潔可持續(xù)能源以及新技術(shù)以解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題和能源消耗危機(jī)逐漸成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。以ZnO為代表的傳統(tǒng)半導(dǎo)體光催化材料因其在環(huán)境治理和新能源領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景吸引了廣泛的關(guān)注。然而,寬帶隙(3.2 eV)和光生載流子快速?gòu)?fù)合而導(dǎo)致的弱可見(jiàn)光吸收和低量子效率嚴(yán)重制約了ZnO在光催化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。因此,合理地設(shè)計(jì)與制備具有較強(qiáng)可見(jiàn)光響應(yīng)性能、高量子產(chǎn)率以及優(yōu)異穩(wěn)定性的半導(dǎo)體催化劑已成為當(dāng)前世界光催化領(lǐng)域的熱門研究之一。本論文通過(guò)電沉積、化學(xué)浴沉積、溶劑熱、熱縮聚等方法可控制備能帶可調(diào)、具有良好可見(jiàn)光響應(yīng)、高穩(wěn)定性的ZnO基復(fù)合納米陣列結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極,并系統(tǒng)研究其光電化學(xué)性能。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)通過(guò)化學(xué)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(fù)合材料。該復(fù)合材料顯示出優(yōu)越的光電化學(xué)性能和污染物降解能力,主要可歸因于以下三點(diǎn)的結(jié)合:1)ZnO,CdS,CdSe三者構(gòu)成的type-II階梯式的能帶結(jié)構(gòu),2)CdS,CdSe對(duì)ZnO的共同敏化作用,3)多孔的納米管結(jié)構(gòu),從而促進(jìn)了光生電子-空穴對(duì)的有效分離與傳輸。(2)通過(guò)電沉積和化學(xué)浴沉積法制備了ZnO/Cu_2O/CdS雙p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米棒陣列復(fù)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?yàn)閆nO/Cu_2O和Cu_2O/CdS雙p-n異質(zhì)結(jié)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(shí),雙p-n異質(zhì)結(jié)的存在極大地促進(jìn)了光生電子-空穴對(duì)的分離與轉(zhuǎn)移,這是導(dǎo)致優(yōu)異性能的主要原因。(3)通過(guò)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(fù)合材料。這種p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料在可見(jiàn)光照射下顯示了優(yōu)異的光電化學(xué)性能和污染物降解能力,主要?dú)w功于窄帶隙的p型BiOI不僅僅充當(dāng)吸收可見(jiàn)光的敏化劑,提升了電子向n型ZnO納米棒陣列轉(zhuǎn)移效率,而且ZnO納米棒陣列提供了電子快速轉(zhuǎn)移通道,能有效抑制電子-空穴對(duì)的復(fù)合,而BiOI獨(dú)特的片層結(jié)構(gòu)也增加了與污染物的接觸面積。(4)通過(guò)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(fù)合材料。相比于單一的ZnO和BiOBr,ZnO/BiOBr獲得了增強(qiáng)的光解水性能和污染物降解能力,得益于兩種半導(dǎo)體之間構(gòu)建的異質(zhì)結(jié)構(gòu)既增加可見(jiàn)光吸收又加速光生電子-空穴對(duì)的分離。(5)通過(guò)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(fù)合材料。該復(fù)合材料獲得了明顯提高的光響應(yīng)活性,這主要?dú)w功于具有可見(jiàn)光響應(yīng)的片層結(jié)構(gòu)的類石墨烯g-C_3N_4對(duì)ZnO納米棒的修飾,提高光生-電子空穴對(duì)的分離與傳輸效率。
【關(guān)鍵詞】：ZnO納米棒陣列 復(fù)合材料 光生-電子空穴對(duì)分離 光電化學(xué)性能 污染物降解
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;O646
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 前言13-38
• 1.1 光催化技術(shù)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(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)14-15
• 1.1.2.2 光催化反應(yīng)步驟15-17
• 1.1.3 光催化實(shí)際應(yīng)用17-21
• 1.1.3.1 降解無(wú)機(jī)污染物18
• 1.1.3.2 降解有機(jī)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(yīng)20-21
• 1.1.4 光催化影響因素21-23
• 1.1.4.1 能帶結(jié)構(gòu)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(yīng)溫度22
• 1.1.4.5 溶液pH值22
• 1.1.4.6 光源與光強(qiáng)22-23
• 1.2 光催化劑研究進(jìn)展23-26
• 1.2.1 氧化鋅光催化劑存在問(wèn)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(dǎo)體復(fù)合24-25
• 1.2.2.4 光敏化25-26
• 1.3 光催化與其他技術(shù)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(jié)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(xiàn)31-38
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分38-43
• 2.1 主要試劑與儀器38-40
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑38-39
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器39-40
• 2.2 物相表征與性能測(cè)試40-43
• 2.2.1 X射線粉末衍射（XRD）40
• 2.2.2 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）40
• 2.2.3 場(chǎng)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(jiàn)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(shí)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(zhì)捕獲實(shí)驗(yàn)41-42
• 2.2.14 化學(xué)熒光法測(cè)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(xué)性能研究43-54
• 3.1 引言43-44
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分44-45
• 3.2.1 復(fù)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(xué)性能評(píng)價(jià)44-45
• 3.2.2.1 電化學(xué)性能測(cè)試44
• 3.2.2.2 光電催化性能測(cè)試44-45
• 3.3 結(jié)果與討論45-51
• 3.3.1 物相結(jié)構(gòu)表征45-47
• 3.3.2 材料性能測(cè)試47-50
• 3.3.3 反應(yīng)機(jī)理討論50-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 參考文獻(xiàn)52-54
• 第四章 ZnO/Cu_2O/CdS雙異質(zhì)結(jié)材料的制備及其光電化學(xué)性能研究54-68
• 4.1 引言54-55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分55-56
• 4.2.1 ZnO/Cu_2O/CdS雙異質(zhì)結(jié)的制備55
• 4.2.2 光電化學(xué)性能評(píng)價(jià)55-56
• 4.2.2.1 電化學(xué)性能測(cè)試55-56
• 4.2.2.2 光電催化性能測(cè)試56
• 4.3 結(jié)果與討論56-64
• 4.3.1 物相結(jié)構(gòu)表征56-58
• 4.3.2 材料性能測(cè)試58-62
• 4.3.3 反應(yīng)機(jī)理討論62-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 第五章 ZnO/BiOI核殼納米材料的制備及光電化學(xué)性能研究68-81
• 5.1 引言68-69
• 5.2 實(shí)驗(yàn)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(xué)性能評(píng)價(jià)69-70
• 5.2.2.1 電化學(xué)性能測(cè)試69-70
• 5.2.2.2 光電催化性能測(cè)試70
• 5.3 結(jié)果與討論70-77
• 5.3.1 物相結(jié)構(gòu)表征70-73
• 5.3.2 材料性能測(cè)試73-74
• 5.3.3 反應(yīng)機(jī)理討論74-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 第六章 ZnO/BiOBr復(fù)合納米材料的制備及光電化學(xué)性能研究81-94
• 6.1 引言81-82
• 6.2 實(shí)驗(yàn)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(xué)性能評(píng)價(jià)82-83
• 6.2.2.1 電化學(xué)性能測(cè)試82-83
• 6.2.2.2 光電催化性能測(cè)試83
• 6.2.2.3 主要活性物質(zhì)的檢測(cè)83
• 6.3 結(jié)果與討論83-90
• 6.3.1 物相結(jié)構(gòu)表征83-86
• 6.3.2 材料性能測(cè)試86-88
• 6.3.3 反應(yīng)機(jī)理討論88-90
• 6.4 本章小結(jié)90-91
• 參考文獻(xiàn)91-94
• 第七章 ZnO/g-C_3N_4復(fù)合納米材料的制備及光電化學(xué)性能研究94-105
• 7.1 引言94-95
• 7.2 實(shí)驗(yàn)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(xué)性能評(píng)價(jià)95
• 7.2.2.1 電化學(xué)性能測(cè)試95
• 7.2.2.2 光電催化性能測(cè)試95
• 7.3 結(jié)果與討論95-101
• 7.3.1 物相結(jié)構(gòu)表征95-98
• 7.3.2 材料性能測(cè)試98-100
• 7.3.3 反應(yīng)機(jī)理討論100-101
• 7.4 本章小結(jié)101-102
• 參考文獻(xiàn)102-105
• 第八章 總結(jié)與展望105-107
• 8.1 總結(jié)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(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

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

2 鄭云;潘志明;王心晨;;國(guó)內(nèi)光催化研究進(jìn)展簡(jiǎn)述(英文)[J];催化學(xué)報(bào);2013年03期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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

，

本文編號(hào)：801598