氧化锌纳米结构的低温合成及其光催化性能

发布时间：2018-04-26 22:41

  本文选题：ZnO + 纳米材料　； 参考：《西北工业大学》2015年博士论文

【摘要】：半导体纳米材料在光学、电学、力学和机械学方面所具有的独特性能和潜在的应用价值,已经成为全世界纳米材料研究领域的热点。为了发掘纳米材料的新的奇特物理化学特性及找到其合适的应用领域,国内外研究人员一直在进行艰苦不懈的探索。目前制备纳米材料的方法很多,各具优势,但也存在一定的缺陷,获得尺寸可控和粒度均匀的具有新奇形貌的纳米材料仍然存在一些困难。基于纳米ZnO在光催化、太阳能电池、传感纳米发电、室温紫外发光等方面具有潜在的应用价值。因此,本文以具有优异物化性能的纳米ZnO为研究对象,系统地开展了特殊形貌的ZnO纳米结构的低温合成和表征工作,在此基础上,进一步考察了纳米ZnO结构、形貌以及掺杂和其光催化性能的关系。首先,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为添加剂,乙酸锌(Zn(AC)_2)和氢氧化钠(NaOH)为原料,采用简单的微波水热法制备了花状ZnO微结构。实验证明,无CTAB参与微波水热反应时,获得针状ZnO微结构;当CTAB的摩尔浓度为0.2 M时,合成产物呈现花状微结构,此时CTAB在水溶液以球状胶束作为软模板;而当CTAB的摩尔浓度增加到0.5 M时,由于此时CTAB在水溶液以针状胶束作为软模板,最终获得针状ZnO微结构。当CTAB的摩尔浓度为0.2 M时,所合成花状ZnO微结构具有良好的紫外光催化降解甲基橙溶液的性能。其次,采用电纺丝法,以乙醇为溶剂,聚乙烯吡咯烷酮为络合剂,乙酸锌和乙酸钴为原料制备了Co掺杂ZnO纳米纤维。合成的Co掺杂ZnO纳米纤维均匀性较好,直径分布范围较窄,约为100 nm。Co掺杂ZnO纳米纤维仅仅出现了一个位于380 nm附近的紫外发光峰。与未掺杂ZnO纳米纤维相比,Co原子掺杂使得样品的紫外发光峰出现了红移现象,这表明了产物的禁带宽度在减小。在紫外光的照射下,与未掺杂ZnO纳米纤维的光催化性能相比,Co掺杂ZnO纳米纤维对甲基橙溶液具有更好的光催化活性,当紫外光照射80 min时,Co掺杂ZnO纳米纤维的光催化降解率可达93%。再次,采用超声化学法,仅仅以乙酸锌与氢氧化钾为反应物,在室温下合成了花状ZnO纳米结构。研究不同超声时间所合成产物的结构与形貌,探讨了花状ZnO纳米结构的生长机制。在超声化学反应初期,晶体生长涉及由Zn(OH)_2到ZnO直接固-固相的转变过程。一旦花状结构的分枝穿过Zn(OH)_2晶体表面,晶体生长则遵守溶解再沉淀生长机制。花状ZnO纳米结构对亚甲基蓝具有优异的催化活性,在紫外光照射120 min时,亚甲基蓝(MB)被降解94%以上。最后,利用简单的低温水热方法,以乙酸锌(Zn(AC)_2)和氢氧化钠(NaOH)为主要原料,通过改变反应参数对产物形貌进行调控,合成了不同形貌的ZnO纳米粉体。研究表明OH-浓度、矿化剂、锌盐、不同表面活性剂等参数对ZnO纳米粉体形貌和结构有着重要的影响。不同OH-浓度时所合成的ZnO纳米粉体具有不同的形貌和结构,当OH-浓度为0.16mol/L时,所合成的产物呈现为ZnO柱状结构;而其他三种浓度所合成的产物则呈现为纳米晶或者纳米片的聚集体。采用不同矿化剂所合成产物的形貌和结构存在很大差异,当采用KOH时所获得产物呈现为纳米片所组成的花状结构。然而不同锌盐所合成的产物的形貌差别不是很大,几乎都为ZnO纳米片所组成的聚集体。不同条件下合成的ZnO纳米粉体的PL光谱的强度不同,ZnO纳米结构的PL光谱强度主要受纳米粉体的结构和比表面积的影响;在紫外光的照射下,ZnO纳米结构具有较好的降解甲基橙(MO)溶液的光催化性能,ZnO纳米结构的比表面积越大,其光催化性能越好。
[Abstract]:In order to find out the new and unique physical and chemical properties of nano - ZnO and find its suitable field of application . The structure and morphology of ZnO nano - powders synthesized from Zn ( OH ) _ 2 to ZnO were studied by changing reaction parameters .

【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1

【参考文献】

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1 井立强,蔡伟民,孙晓君,侯海鸽,徐自力,杜尧国;Pd/ZnO和Ag/ZnO复合纳米粒子的制备、表征及光催化活性[J];催化学报;2002年04期

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本文编号：1808030