高分子网络凝胶法制备ZnO-Ag纳米复合材料及其光催化活性

发布时间：2020-09-30 16:05

　　 随着经济和科技的快速发展,环境污染问题越来越严重。传统的治理污染的方法不能有效地将污染物彻底的降解,通常只是将污染物从一种形态转换为另一种形态。采用光催化剂降解污染物可以将污染物彻底的降解,且不会对环境造成二次污染。近年来应用较为广泛的纳米催化剂是二氧化钛和氧化锌,而氧化锌由于成本更加低廉而受到更广泛的关注,但是氧化锌纳米光催化剂由于是宽禁带半导体,只有在太阳光中的紫外光照射其表面的情况下才能激发出光生载流子,这也抑制了它的光催化活性。改变制备方法就是一种有效地改善催化剂自身缺陷的一种方法。近年来,高分子网络凝胶法结合了许多其他方法的优点,同时避免了其他方法的缺陷而受到广泛关注。本文采用高分子网络凝胶法-两步法制备出与不同物质复合的氧化锌纳米粉体,用XRD、SEM、TEM、UV-vis、PL、XPS、BET、SPV和SPC对样品进行了表征。论文主要内容包括:1.通过高分子网络凝胶法-两步法制备ZnO-Ag纳米光催化剂:用X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,X射线光电子能谱,紫外-可见漫反射光谱和室温光致发光光谱等一系列技术对样品的结构和光学性能进行表征。发现效果最好的Ag负载量是3%。如XRD和UV-Vis所证实,ZA3具有更高的晶粒尺寸,结晶度更高。SPV和紫外-可见光谱揭示ZA3能够产生更多的光生电子。此外,PL和SPC证实ZA3的电子-空穴对可以被有效分离。XPS结果显示ZA3有最多的表面羟基。所有ZnO-Ag纳米粒子都比纯ZnO具有更高的光催化活性。我们的研究表明通过两步法把Ag纳米粒子与ZnO纳米半导体复合能够显著提高ZnO催化剂的光催化活性。2.采用两步法制备TiO_2含量不同(0~2%)的ZnO/TiO_2-1%Ag纳米粒子异质结构光催化材料。用X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,X射线光电子能谱,紫外-可见漫反射光谱和室温光致发光光谱等一系列技术对样品的结构和光学性能进行表征。发现光催化性能最好时TiO_2负载量是0.5%,且过量负载TiO_2对光催化活性会产生不利影响。XRD揭示TiO_2负载量0.5%的样品具有较好结晶度;紫外-可见光谱发现ZAT0.5能够产生更多的光电子;PL图谱证实ZAT0.5样品的电子-空穴对能够被更有效分离;XPS结果显示ZAT0.5具有最多的化学吸附氧。我们的研究表明适量的负载半导体二氧化钛可以有效地提高催化剂的光催化活性。
【学位单位】：西南民族大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33;X703
【部分图文】：

图 1.1 光催化剂降解污染物示意图Figure 1.1 Reaction Mechanism of Semiconductor Photocatalyst半导体光催化剂的机理和过程可用一下公式表示：

图 1.2 常见半导体能带结构示意图Figure 1.2 Schematic diagram of common semiconductor band structures半导体的能带结构：图 1.2 是常见的几种物质的禁带宽度以及导带底端和价带顶端置。计算带隙宽度的常用公式为：Egg1240λ=中 λg为光吸收阈值，Eg为半导体禁带宽度。当价带向正极继续移动，导带向负极继续，就会使光生载流子的氧化还原能力增强。所以，想要半导体光催化剂具有较好的光活性，就还要找到最适当的禁带宽度，从而获得较好的光催化活性。可以激发半导体电子发生跃迁的波长范围的计算通常使用普朗克（Planck）方程，出的结果就是光响应范围。普朗克方程：hc

溶于水和乙醇，易溶解于酸性和碱性溶液。氧化锌的基本性质如表 1.1 所示，氧化锌没特殊的味道，且没有毒性，同时具有较高的熔点。ZnO 是直接带隙半导体，禁带宽度较大约为 3.37eV，自由激子束缚能为 60meV。表 1.1 六方纤锌矿型氧化锌的物理性质Table 1.1 Physical properties of hexagonal wurtzite type zinc oxide

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本文编号：2831049