【摘要】：近年來日益成熟和發(fā)展的納米技術(shù)不僅極大提高了ZnO在光電領(lǐng)域的應(yīng)用性能,而且賦予其強的光催化活性以及強紫外線吸收和散射能力,在光催化降解、殺菌和消除環(huán)境污染物領(lǐng)域引起了人們廣泛的關(guān)注。 本文利用溶膠-凝膠法制備棒狀氮摻雜納米ZnO粉體。通過X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、熱失重分析(TG)對粉體進行表征,分析討論了制備過程中各種因素對氮摻雜納米ZnO形貌的影響,確定了制備棒狀N摻雜納米ZnO的最佳條件。系統(tǒng)的研究了該類材料對亞甲基藍溶液的光催化降解性能和對棉織物的防紫外性能。 主要研究工作和成果如下: (1)以硝酸鋅,尿素,氨水等為原料,利用溶膠-凝膠法制備出高性能的粉色的棒狀氮摻雜納米ZnO。 (2)研究討論了實驗過程中的主要影響因素,當(dāng)氨水用量為50mL,尿素用量為20 g/L,表面活性劑PVP的濃度為10g/L,80℃時恒溫4h,煅燒溫度為550℃時所得到的晶體呈現(xiàn)出規(guī)則的棒狀結(jié)構(gòu),粉體均為粉色,平均粒徑為26nm,晶相與標(biāo)準(zhǔn)立方相ZnO衍射峰一致,沒有其他雜峰出現(xiàn),N的摻雜含量為1.25%。 (3)通過對N的摻雜濃度,N摻雜納米ZnO的濃度,晶體的形貌,溶液的初始pH值,亞甲基藍的初始濃度,光源等影響因素的研究發(fā)現(xiàn),在N的摻雜比例為1.5%,溶液pH=9,亞甲基藍的初始濃度為10mg/L,光源為300W的汞燈的條件下,使用0.15g/L的棒狀N摻雜納米ZnO時,30min內(nèi)光催化降解效率最好。 (4)通過對光催化性能得研究發(fā)現(xiàn),空穴和電子在催化降解過程中起比較重要的作用。 (5)通過因素對比分析發(fā)現(xiàn),用4g/L的棒狀N摻雜納米ZnO整理后的棉織物具有較強而且持久的紫外屏蔽效果,整理后的棉織物的UPF值為38.66,且水洗20次后仍然保持優(yōu)良的紫外屏蔽性能。 本文首次利用溶膠-凝膠法合成出棒狀氮摻雜納米氧化鋅,實現(xiàn)了在摻雜的同時對晶體形貌的控制,且實驗成本較低。使用該催化劑催化亞甲基藍水溶液,催化效率大大提高;同時該粉體大大提高了棉織物的防紫外性能。
【圖文】：

圖1-1 ZnO晶體的結(jié)構(gòu)和形態(tài)（a）ZnO4四面體在晶體中的分布方向；（b）ZnO晶體的理想形態(tài)晶體屬六方晶系，點群為6mm，a = 0. 3249nm，c = 0. 5205nm，Z =離子配位四面體為[ Zn-O4]6 -，ZnO4四面體是以頂角相聯(lián)接，四面對稱軸與c軸平行，四面體中的一個面與正極面平行，與之相對應(yīng)的。ZnO4四面體沿c軸呈層狀分布，上下兩層四面體的結(jié)晶方位不同， 軸旋轉(zhuǎn) 60°，，見圖1a。晶體的結(jié)晶形貌為六方錐狀，如圖1b所示[39]。O晶粒的形貌與水熱條件的關(guān)系表明，在不同生長溶液和反應(yīng)溫度的水熱條件下，晶粒的結(jié)晶形貌有介質(zhì)的堿性、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間等對晶粒的結(jié)晶形貌有著非常大的應(yīng)溫度高和反應(yīng)時間長，微晶形態(tài)趨向球形；堿性弱、反應(yīng)溫度低微晶形態(tài)趨向長柱狀。液的堿性適度，反應(yīng)溫度不太高時，此時的水熱條件下溶液中存在的

16圖2-1 氨水的用量對N摻雜納米ZnO形貌的影響（a：30mL；b：40mL；c：50mL；d：60mL）圖2-1為不同氨水用量下N摻雜納米ZnO的SEM圖，氨水屬于弱堿，不僅給納米ZnO的組裝生長提供了一個合適的堿性環(huán)境，在這樣堿性溶液中溶質(zhì)的溶解度相應(yīng)較低，所形成的生長基元維度較小，生長基元仍保持負(fù)離子配位多面體的特點，而且在一定溫度下，氨水可以分解產(chǎn)生氨氣，大部分氨氣可以從溶液中蒸發(fā)出去，少量的氨氣有可能參與摻雜，但是不影響納米ZnO的生長。在恒溫蒸氨的過程中，納米ZnO有充足的時間進行組裝和生長。通過圖2-1a看出，當(dāng)氨水用量不足時，納米ZnO沒有明顯的形貌；當(dāng)氨水用量增加至30mL時
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TB383.1

【參考文獻】

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本文編號：2518940