氧化镓及镓酸锌的制备、表征及其性能研究

发布时间：2018-01-29 02:24

本文关键词： 氧化镓镓酸锌纳微米材料光催化光生电荷分离　出处：《陕西科技大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：构造新颖的材料吸引了越来越多学者的关注并且有着广泛的应用。在这些材料中,以氧化镓及其含氧酸盐的纳米粒子,纳米棒,纳米带等为结构的材料又受到了额外的注意。原因不仅在于被不断制备出来纳米结构形态万千,更是因为在光、电、磁、热、传感等领域,以这些纳米结构为基础的纳米器件已经被市场接受,普及度和应用前景都很广。氧化镓及镓酸锌,作为一种典型的氧化物半导体纳米材料,已被广泛研究,而且还可以作为很好的光催化剂,在污水处理方面发挥潜在的应用价值。但是目前已有的合成方法生产周期长,产品形貌不规则,团聚比较严重,分散性差,严重影响了其在光催化领域的应用性能和阻碍了其在市场的流行。因此,本文主要从制备方法上着手,通过不断完善和改进制备方案,寻求最佳的产物尺寸和形貌,来获得性能更好的氧化镓和镓酸锌材料。本文的研究重点为氧化镓和镓酸锌,通过了解其内部结构和外部形貌,控制其制备过程中的各种影响因素,来推测其生长历程,以期利用更简便的制备途径来获得光催化降解性能更好的材料。本论文的研究内容如下:(1)选用前驱体热分解法成功得到了表面为孔状结构的氧化镓(Ga_2O_3)微晶。运用多种测试手段对所得颗粒的物相、形貌和性能进行了综合探讨,结论为:所得Ga_2O_3属单斜晶系,结构为较为均一的长方块体,其表面分布着尺寸大约为30 nm的孔洞。所得Ga_2O_3长方体带隙能值仅为4.13 eV,与理论数据相比,缩小了0.77 eV。可能是受Ga_2O_3制备过程中的高温高压环境的影响,使得其结晶度、形貌、氧空位数不同,杂质能级交叠于价带,进而导致Ga_2O_3带隙缩小。除此之外,所得Ga_2O_3还对刚果红溶液光催化效果较好,可接近90%。原因可能是Ga_2O_3催化产生的高活性物质与刚果红分子进行反应,破坏了其共轭体系和C-N键。(2)以硝酸镓(Ga(NO_3)_3)为镓源,油酸(C_(18)H_(34)O_2)、无水乙醇(CH_3CH_2OH)和蒸馏水作为混合溶剂,采取溶剂热法成功的得到纳米Ga_2O_3小球。实验表明,Ga_2O_3小球的最佳制备条件是油酸5 mL,水/乙醇体积比为1:4,反应温度为150℃,反应时间8 h。油酸对Ga_2O_3晶粒在可控生长和形貌等方面具有重要的作用,进而,提出了Ga_2O_3小球的可能形成机理。对Ga_2O_3进行光催化和电化学阻抗测试,测试结果显示,其对臧红T有较好的光催化效果,原因在于Ga_2O_3有较高的电荷分离速率。(3)以Ga_2O_3为基底材料,碳酸锌(ZnCO_3)为锌源,通过水热法成功地制备出形貌规整的镓酸锌(ZnGa_2O_4)棒状微晶。所得棒状微晶长径大致为300 nm。此外,研究了Zn~(2+)/Ga~(3+)的比值,反应温度和p H值对产物形貌的影响。其中,p H值对镓酸锌(ZnGa_2O_4)的形成起主要的作用。并发现光照30 min,就可使刚果红、甲基橙的降解率分别为90%和83%。(4)在较低温度下,以氧化锌(ZnO),氯化镓(GaCl_3)和氯化钴(CoCl_2·6H_2O)为原料,成功制备出了ZnGa_2O_4以及Co掺杂镓酸锌(Zn_(1-x)Co_x Ga_2O_4)。通过多种手段对产物进行表征,结果表明,Co可以影响材料的形貌,提高材料的性能,因为Co掺杂ZnGa_2O_4有利于电子空穴分离,使其有着比单体更加良好的光催化性能。且在制备过程中发现,影响ZnGa_2O_4纳米方块的形成的关键是表面活性剂CTAB,其在体系中起模板的作用,可以形成混合胶束。又因为不同晶面与CTAB作用的强弱有差异,导致一些晶面吸附了CTAB,生长被限制,而另一些裸露的晶面能快速生长,这个过程使纳米材料的形貌彻底发生变化。
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【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1

【参考文献】