氧化锌基纳米材料的合成及其光催化性能研究

发布时间：2020-01-29 14:14

【摘要】：本文通过简单、水溶液合成方法,将低维氧化锌(Zn O)纳米结构(一维或二维)组装成三维结构,基于三维结构制备了Zn O基三维异质纳米光催化剂。从催化反应活性点、可见光吸收与光生电子-空穴对分离、催化剂的回收性和循环稳定性等方面,分析了催化剂的形貌、结构和组成对光催化性能的影响。同时,通过研究催化剂合成反应的条件(如:浓度与时间)对Zn O纳米材料形貌与结构的影响,探讨Zn O纳米结构的生长机理。具体分为以下三部分进行阐述:(1)采用两种低温简单水溶液方法,制备了不同形貌结构的Zn O纳米光催化剂。形貌控制实验说明,随着Zn2+:OH-及Zn2+:NH3·H2O摩尔比增加,Zn O的形貌结构发生了显著的变化,得到了花形Zn O纳米片组装体、海胆形Zn O纳米棒组装体、Zn O纳米棒、六棱盘形Zn O和梭形Zn O。随后,测试了水溶液方法(改变Zn2+:OH-)制备出的不同形貌的Zn O纳米材料的光催化性能。结果表明,对于花形Zn O纳米片组装体、海胆形Zn O纳米棒组装体、Zn O纳米棒的光催化性能,花形纳米片组装体结构具有最好的光催化性能。可见,利用简单、经济、方便,有规模生产潜力的低温水溶液法,制备形貌丰富多样的Zn O纳米材料,并且有效提升了、在有机污染物治理中,Zn O纳米材料的光催化性能。(2)结合方便的低温水溶液方法与浸渍-煅烧法,成功地制备了La、Ag、Ti表面改性的纳米片组装的Zn O三维花形微结构。评价了La表面改性的Zn O纳米片组装的花形微结构,光催化降解甲基橙(MO)溶液的催化性能,分析了La表面改性的Zn O纳米片组装的花形微结构对其光催化性能的影响。结果表明,La表面改性的Zn O纳米片组装的花形微结构具有优越的光催化性能(对MO的降解率为99.60%)。其优越的光催化性能源自于三维花形多孔结构的高比表面积,即高比表面积提供的大量催化活性点与催化反应场所,以及La表面改性的Zn O纳米片促进了光生电子-空穴对的有效分离。相关研究表明,利用简单、经济和方便的低温水溶液方法与浸渍-煅烧法,不仅制备了掺杂纳米晶,而且为组合简单常用的合成方法制备复杂材料提供了一些新的途径。(3)利用两步溶液反应成功制备出结构复杂的Cu S/Zn O/CFs异质结。在可见光和模拟的太阳光照射下,在降解亚甲基蓝(MB)的测试中,Cu S/Zn O/CFs异质结催化剂展示出优异的光催化性能和稳定性。优异的光催化性能可归因于,由Cu S/Zn O形成的第二类异质结与导电CFs的协同作用,引起的电子-空穴对的有效分离,以及Cu S/Zn O异质结纳米棒阵列有效的光富集和高比表面积,提升的可见光利用效率。另外,与传统的分散的粉末状光催化剂相比,超长纤维基底的Cu S/Zn O/CFs异质结催化剂有利于分离和回收。考虑到CFs纤维基底是自由、多孔、柔性、密集和均一的膜结构,在流动的液相光催化领域,Cu S/Zn O/CFs催化剂的应用前景广阔。
【图文】：

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工程技术大学硕士学位论文第一章绪第一章绪论1 光催化技术.1 光催化背景随着经济的高速发展，能源短缺和环境恶化引起越来越多的关注。太阳能因其不竭且绿色环保，，为解决目前所面临的这两个困难提供了一个契机。如图 1-1 所示，在 2004 年，地球的太阳能能源利用量约为 14.5 TW，据估 2050 这一能源消耗值将达到 30 到 60 TW，而每年太阳向地球辐射的总能量 165000 TW[1]。因此太阳能应用前景仍非常广阔。

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图 1-2 光催化降解污染物的原理图。e 1-2 The mechanism diagram of photocatalytic degrading poll污染物过程所涉及的具体反应过程[4]：hotocatalyst + hν → h++ e ++ pollutant → CO2+ H2O ++ H2O → OH + H+ + O2→ O2 2 + H+→ HO2 O2 + H++ O2 → H2O2+ O2O2+ e → OH + OH + pollutant → CO2+ H2O 应形成的羟基自由基（OH ）具有很强的氧化能力，氧化为二氧化碳和水等无机小分子[5]。也正是由于这导体催化下，一般不产生中间产物。
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TB383.1

【共引文献】