本文關鍵詞：改性氧化鋅納米光催化材料的制備及光催化性能研究

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【摘要】：半導體光催化劑能夠通過氧化還原反應分解有機污染物,在降解處理污水有機物方面有良好的效果,逐漸成為人們關注的焦點。Zn O作為一種優(yōu)良的半導體材料,具有良好的光電特性,被認為是具有潛力的光催化材料。但是,ZnO在光催化應用中存在著(1)光響應范圍窄;(2)電子和空穴的分離效率低;(3)回收難等問題,從而使其應用受到限制。通過過渡金屬離子復合摻雜、構筑磁性復合半導體以及與先進碳材料石墨烯復合的方法對ZnO進行改性,以達到提高ZnO光催化活性,拓寬ZnO吸收光子的范圍,方便回收的目的。采用X射線衍射儀、傅里葉變換紅外光譜儀、激光拉曼光譜儀、高分辨率透射電子顯微鏡等對樣品的結構和形貌進行了表征。探討了改性納米ZnO光催化活性增強的機理。具體內容如下:(1)采用溶膠-凝膠法制備了Fe單摻Zn1-xFexO(0≤x≤0.05)和Fe/Cu復合摻雜Zn0.98-xFe0.02CuxO(0≤x≤0.05)的納米粉體,研究摻雜濃度對ZnO晶體結構及光催化性能的影響。結果表明,Zn1-xFexO和Zn0.98-xFe0.02CuxO樣品均為六方纖鋅礦ZnO晶體,摻雜的Fe、Cu離子進入ZnO晶格,沒有新相出現(xiàn),粒徑約為20nm。通過摻雜能夠顯著提高ZnO的光催化活性,制得的Zn0.97Fe0.02Cu0.01O光催化活性最高,紫外光照射60min,亞甲基藍(MB)降解率達到99.5%。(2)采用兩步法制備了具有可見光催化活性的Zn O/ZnFe_2O_4磁性納米復合物。首先采用水熱法制備納米ZnFe_2O_4,然后采用溶劑熱法在ZnFe_2O_4表面包覆一層Zn O納米顆粒,得到Zn O/Zn Fe_2O_4納米核殼結構復合物�？疾炝藦秃衔锏目梢姽獯呋钚浴．攺秃衔镏衂n Fe_2O_4和Zn O的摩爾比為0.5時,復合物的光催化活性最高:可見光照射180min,MB降解率達到77.8%。且由于ZnFe_2O_4的存在,復合物可以方便地通過外部磁場回收。(3)通過水合肼還原氧化石墨烯,以已經制備的Zn O/ZnFe_2O_4為原料,制備了ZnO/ZnFe_2O_4/石墨烯復合光催化劑。石墨烯摻量為3%時,復合光催化劑的光催化活性最高:可見光照射60min時,對MB的降解率可以達到98%。復合光催化劑具有良好的穩(wěn)定性,5次循環(huán)后依然具有82%的光催化效率。
【關鍵詞】：氧化鋅 光催化 復合摻雜 復合材料 磁性催化劑 可見光
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 緒論10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 半導體光催化技術概述10-15
• 1.2.1 半導體光催化技術發(fā)展背景10-11
• 1.2.2 光催化技術機理11-13
• 1.2.3 半導體光催化材料種類13
• 1.2.4 影響光催化反應的主要因素13-15
• 1.3 氧化鋅概述15-20
• 1.3.1 氧化鋅的晶體結構15-16
• 1.3.2 氧化鋅的性質16-17
• 1.3.3 納米氧化鋅的制備方法17-20
• 1.4 氧化鋅光催化研究進展20-24
• 1.4.1 氧化鋅光催化材料的缺點20-22
• 1.4.2 氧化鋅光催化材料的改性方法22-24
• 1.5 主要研究內容24-26
• 2 實驗所需的原料設備及測試方法26-29
• 2.1 實驗原料26
• 2.2 實驗儀器26-27
• 2.3 分析表征方法27-29
• 3 Fe/Cu復合摻雜ZnO納米顆粒的制備及光催化性能29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 實驗29-30
• 3.2.1 Fe/Cu復合摻雜ZnO納米顆粒的制備29-30
• 3.2.2 光催化實驗30
• 3.3 結果與討論30-37
• 3.3.1 Fe/Cu復合摻雜氧化鋅納米顆粒的表征30-33
• 3.3.2 Fe/Cu復合摻雜氧化鋅納米顆粒的光催化性能33-37
• 3.4 本章小結37-38
• 4 ZnO/Zn Fe_2O_4納米復合磁性光催化劑的制備及光催化性能38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 實驗38-40
• 4.2.1 納米Zn Fe_2O_4的制備38-39
• 4.2.2 ZnO/Zn Fe_2O_4復合材料的制備39
• 4.2.3 光催化實驗39-40
• 4.3 結果與討論40-45
• 4.3.1 ZnO/Zn Fe_2O_4的表征40-42
• 4.3.2 ZnO/Zn Fe_2O_4的光催化性能42-44
• 4.3.3 ZnO/Zn Fe_2O_4的的回收循環(huán)利用實驗44-45
• 4.4 本章小結45-46
• 5 高可見光活性磁性催化劑ZnO/Zn Fe_2O_4/石墨烯的制備及光催化性能46-57
• 5.1 引言46-47
• 5.2 實驗47
• 5.2.1 氧化石墨烯（GO）的制備47
• 5.2.2 ZnO/Zn Fe_2O_4/石墨烯的制備47
• 5.3 結果與討論47-56
• 5.3.1 ZnO/Zn Fe_2O_4/石墨烯的表征47-52
• 5.3.2 ZnO/Zn Fe_2O_4/石墨烯的光催化性能52-55
• 5.3.3 ZnO/Zn Fe_2O_4/石墨烯的的回收循環(huán)利用實驗55-56
• 5.4 本章小結56-57
• 6 結論57-59
• 參考文獻59-67
• 致謝67-68
• 在學期間發(fā)表的論文以及其他科研成果68

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