微纳米花状氧化锌复合材料的制备及光催化性能研究

发布时间：2017-04-13 15:24

  本文关键词：微纳米花状氧化锌复合材料的制备及光催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着工业化进程不断加快,环境污染日益严重,寻求制备环境治理材料是前沿课题。半导体光催化技术具有强氧化力、低能耗、易操作、无二次污染、可重复利用等特点,它作为一种绿色环保技术,受到了广泛关注。其中,氧化锌(Zn O)材料是研究的比较成熟半导体光催化剂。在目前制备出的Zn O材料中,由于三维花状结构可以避免Zn O纳米粒子的团聚、增大Zn O的比表面积,提高Zn O半导体催化剂的光催化效率,吸引着越来越多的研究者的关注。作为光催化剂,Zn O存在着一些缺点,比如量子效率低、禁带宽度宽和对太阳光的利用率低等,这些缺点限制了其在光催化领域的深入研究和实际应用。本论文的工作内容是制备各式三维花状结构Zn O复合光催化剂,并通过光催化降解染料的实验来评价制备样品的光催化性能。具体的工作内容如下:1.采用低温水热法和光还原法合成三维多孔花状Ag/Zn O复合材料。在实验中,探究Ag的含量对多孔花状Zn O材料的结构、形貌、光学性能及光催化性能的影响。实验结果表明,Ag的沉积并没有改变多孔花状Zn O的结构和形貌,但Ag的沉积能有效地将Zn O的光谱响应范围扩展到了可见光区,预示着Zn O在可见光区可以发挥其光催化性能。在光降解实验中选用罗丹明B溶液(Rh B)作为降解染料,紫外光和可见光下应用制备的催化剂对Rh B溶液进行降解,结果表明,多孔花状Ag/Zn O催化性能高于制备的Zn O和商用Ti O2(P25),这样的实验结果充分说明Ag的沉积可以提高Zn O的光催化性能。2.采用低温水热法首次合成了三维多孔花状Ce掺杂Zn O复合材料。讨论不同掺杂量Ce对多孔花状Zn O的结构、形貌及光学性能的影响,同时以Rh B溶液作为目标降解物,在紫外光照射下探究实验中制备样品的光催化性能。结果表明,当有少量Ce4+掺杂时,多孔花状Zn O能保持原有形貌,Ce4+掺杂过多时,Zn O的多孔花状结构遭到不同程度的破坏。在光催化实验中,可以发现Ce4+的掺杂能有效的提高Zn O的光催化效率。在不同形貌Ce掺杂的Zn O光催化剂催化性能的对比实验中,我们可以发现多孔花状结构由于其独特的结构特点,对光催化降解实验起到促进作用。3.应用水浴法和光还原法相结合的方法,制备出不同Ag含量的Ag/Zn O光催化剂。实验中对所制备样品进行表征,结果表明实验成功合成六角微米花状Ag/Zn O。在本部分,讨论了不同Ag的沉积量对所制备Zn O样品结构、形貌及光催化性能的影响。在光催化实验中,可以发现Ag的沉积增强了Zn O的光催化效率,同时Ag的含量不同也影响着Zn O的光催化降解性能。光催化循环实验证明,六角微米花状Ag/Zn O有较强的光催化稳定性。
【关键词】：ZnO 三维结构 多孔花状结构 Ag/ZnO Ce掺杂ZnO 光催化剂
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-32
• 1.1 引言12
• 1.2 半导体光催化技术12-15
• 1.2.1 半导体光催化技术概述12-13
• 1.2.2 光催化反应原理13-15
• 1.3 ZnO半导体材料结构及应用15-16
• 1.3.1 ZnO的结构15
• 1.3.2 ZnO材料的应用15-16
• 1.4 ZnO光催化性能研究概述16-20
• 1.4.1 ZnO材料在光催化反应中的应用16
• 1.4.2 目前ZnO光催化剂存在的不足16
• 1.4.3 提高ZnO光催化活性的途径16-20
• 1.5 ZnO复合光催化剂的制备方法20-24
• 1.5.1 Ag/Zn O复合催化剂的制备方法20-23
• 1.5.2 Ce掺杂ZnO复合材料的制备方法23-24
• 1.6 论文的研究内容及创新点24-26
• 参考文献26-32
• 第二章 三维多孔花状Ag/ZnO复合材料的制备、表征及光催化性能研究32-48
• 2.1 引言32-33
• 2.2 实验部分33-35
• 2.2.1 试剂与仪器33
• 2.2.2 三维多孔花状ZnO的制备33-34
• 2.2.3 三维多孔花状Ag/ZnO复合材料的制备34
• 2.2.4 样品表征34
• 2.2.5 光催化实验34-35
• 2.3 结果与讨论35-43
• 2.3.1 样品表征35-41
• 2.3.2 样品光催化性能的研究41-42
• 2.3.3 光催化降解机理的研究42-43
• 2.4 本章小结43-45
• 参考文献45-48
• 第三章 微米花状Ce掺杂多孔ZnO复合材料的制备与光催化性能研究48-66
• 3.1 引言48
• 3.2 实验部分48-50
• 3.2.1 试剂与仪器48-49
• 3.2.2 微米花状Ce掺杂多孔ZnO复合材料的制备49
• 3.2.3 样品表征49-50
• 3.2.4 光催化实验50
• 3.3 结果与讨论50-61
• 3.3.1 制备不同Ce掺杂量的多孔ZnO微米花50-56
• 3.3.2 不同煅烧温度对制备Ce掺杂多孔ZnO微米花的影响56-58
• 3.3.4 样品光催化性能的研究58-60
• 3.3.5 光催化降解机理的研究60-61
• 3.4 本章小结61-62
• 参考文献62-66
• 第四章 三维六角花状Ag/ZnO复合材料的制备与光催化性能研究66-82
• 4.1 引言66
• 4.2 实验部分66-68
• 4.2.1 试剂与仪器66-67
• 4.2.2 三维六角花状ZnO的制备67
• 4.2.3 三维六角花状Ag/ZnO复合物的制备67-68
• 4.2.4 样品表征68
• 4.2.5 光催化实验68
• 4.2.6 羟基自由基（·OH）的探测68
• 4.3 结果与讨论68-78
• 4.3.1 样品表征68-74
• 4.3.2 样品光催化性能的研究74-75
• 4.3.3 光催化降解机理的研究75-76
• 4.3.4 羟基自由基（·OH）的探测76-77
• 4.3.5 对制备样品催化稳定性研究77-78
• 4.4 本章小结78-79
• 参考文献79-82
• 第五章 结论82-84
• 学术成果及获奖情况84-86
• 致谢86

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