ZnO基纳米复合材料的制备及其气敏、光催化性能研究
发布时间：2021-04-09 02:14
由于各组分间的协同作用,使得ZnO基纳米复合材料呈现出比纯相ZnO更为优异的性能,尤其是用于空气中有毒有害气体的检测与环境水体中有机污染物的降解。本文选择n型半导体ZnO作为研究对象,以提高其检测有毒有害易挥发有机化合物和降解水体系中模拟污染物的能力为目标,以半导体复合和金属离子掺杂为主要手段,系统地研究了ZnO基纳米复合材料的制备、结构、组成与其气敏性能和光催化性能之间的关系,主要研究内容和结论如下：（1）以CTAB为表面活性剂,尿素为矿化剂,在220℃水热条件下制备了三维多级花状结构Zn2SnO4纳米材料。SEM和TEM测试结果表明,花状结构Zn2SnO4由无数纳米棒组装而成。气敏性能测试结果表明,与Zn2SnO4纳米粒子相比,基于花状结构Zn2SnO4的气敏元件对乙醇气体具有更好的选择性、更高的灵敏度和更短的响应-恢复时间。气敏元件的最佳工作温度为380℃,在此工作温度下,基于花状结构Zn2SnO4的气敏元件对50 ppm乙醇气体的灵敏度为30.4,响应和恢复时间分别为10 s和7 s。花状结构Zn2SnO4气敏性能增强的原因主要归因于其独特的三维多级结构增加了材料与目标气体的接...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１半导体光催化基本原理图［４］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?Ｓｅｍｉｃｏ打ｄｕｃｔｏｒ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ??
［１〇９］。具体制作过程如下：称取少许Ｚｎ２Ｓｎ〇４样品于玛瑶研体中，滴入适量的无??水乙醇研磨３０?ｍｉｎ左右成均匀的糊状，再将研磨后Ｚｎ２Ｓｎ〇４样品涂于带有测量电??极（Ａｕ电极）的陶瓷管外表面巧体结构如图２．１（ａ））。然后，将该陶瓷管置于ｌＯＯ’Ｃ??电热鼓风干燥箱中烘干２４?ｈ，从而可Ｗ得到涂有均匀厚膜Ｚｎ２Ｓｎ〇４材料的陶瓷管，??然后将为其提供合适工作温度的德络加热丝穿过陶瓷管，最后将该陶瓷管和加热??丝一起固定在胶木底座上（结构见图２．１（ｂ）），最终制得Ｚｎ２Ｓｎ〇４旁热式烧结厚膜型??气敏元件（结构见图２．１（ｃ））。为提高气敏元件的稳定性，将焊接好的元件置于专??用的老化台上，通３．５?Ｖ直流电压，老化７?ｄ，得到最终的气敏元件。??！?Ｎｉ－Ｃｒ加雖?Ａ喊陶纖；…??＇Ａ‘‘‘?Ｉ?■?－?＊?＇?．．．．．．??图２．１气敏元件结构图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｇａｓ－ｓｅ打ｓｉｔｉｖｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ??本实验中材料的气敏性能测试使用ＷＳ－３０Ａ（中国郑州巧盛电子有限公司）气??敏元件测试系统。该气敏元件测试系统通过电流－电压测试法，其基本原理如團??２．２。将一个负载电阻（Ｒｒ）和气敏元件串联，通过控制加热电压（Ｖｈ）给气敏元件提??供一定的工作温度
２．４结果与讨论??２．４．１?Ｘ射线衍射分析（Ｘ民Ｄ）??为了测试所得样品的物相结构，对所得样品进行了?ＸＲＤ测试。图２．３（ａ巧口??２．３（ｂ）分别为所制备的花状结构Ｚｎ２Ｓｎ〇４和Ｚｒｉ２Ｓｎ〇４纳米粒子的ＸＲＤ图谱，从图??（ａ）??（ｂ）??ｉ＂＂ｉ．，?？？■＊＾＊ｗ？＊＊＊＾?峡，１．…人—一?，１＂，??ｆミＳ?ｉ一?一玄马一异瓦Ｂ??Ｙ曼ｆ曼直曼！??｜｜?ＩＩ?｜｜?１?了Ｉ?１１?１．１１１１｜??２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??图２．３所得产物的Ｘ民Ｄ图谱：（ａ）花状结构Ｚｉｉ２Ｓｎ〇４；?（ｂ）Ｚｎ２Ｓｎ〇４纳米粒子??Ｆｉｇ．?２．３?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?也ｅ?ｆｉｎａｌ?ｐｒｏｄｕｃｔ：?（ａ）打ｏｗｅｒ－ｌｉｋｅ?Ｚｎ２Ｓｎ〇４；?（ｂ）?ｃｏｍｐａｃｔ?Ｚｒｉ２Ｓｎ〇４??１８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mn掺杂花状ZnO的合成及其光催化特性研究[J]. 位子涵,孙永娇,赵振廷,梁燕飞,胡杰. 功能材料. 2015(09)
[2]Eu掺杂ZnO光催化剂降解制药废水[J]. 朱雷,罗李陈,汪恂. 环境工程学报. 2015(04)
[3]Facile Synthesis as well as Structural, Raman, Dielectric and Antibacterial Characteristics of Cu Doped ZnO Nanoparticles[J]. Javed Iqbal,Nauman Safdar,Tariq Jan,Muhammad Ismail,S.S.Hussain,Arshad Mahmood,Shaheen Shahzad,Qaisar Mansoor. Journal of Materials Science & Technology. 2015(03)
[4]氧化锌多孔微米花的制备及其气敏性能研究[J]. 熊静芳,肖佩,吴强,王喜章,胡征. 化学学报. 2014(04)
[5]Fe掺杂纳米ZnO的制备及其光催化性能研究[J]. 马龙涛,余小红,鲁灿,孟大维,王永钱,薛强,尤雷. 人工晶体学报. 2014(01)
[6]氧化锌纳米棒的制备及其光电性能的研究[J]. 郑泳,张永爱,吴朝兴,文亮,谢剑星,郭太良. 人工晶体学报. 2011(03)
硕士论文
[1]锡酸锌及其相关复合纳米材料的制备、表征及应用[D]. 陈小霞.福州大学 2011
本文编号：3126712
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１半导体光催化基本原理图［４］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?Ｓｅｍｉｃｏ打ｄｕｃｔｏｒ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ??
［１〇９］。具体制作过程如下：称取少许Ｚｎ２Ｓｎ〇４样品于玛瑶研体中，滴入适量的无??水乙醇研磨３０?ｍｉｎ左右成均匀的糊状，再将研磨后Ｚｎ２Ｓｎ〇４样品涂于带有测量电??极（Ａｕ电极）的陶瓷管外表面巧体结构如图２．１（ａ））。然后，将该陶瓷管置于ｌＯＯ’Ｃ??电热鼓风干燥箱中烘干２４?ｈ，从而可Ｗ得到涂有均匀厚膜Ｚｎ２Ｓｎ〇４材料的陶瓷管，??然后将为其提供合适工作温度的德络加热丝穿过陶瓷管，最后将该陶瓷管和加热??丝一起固定在胶木底座上（结构见图２．１（ｂ）），最终制得Ｚｎ２Ｓｎ〇４旁热式烧结厚膜型??气敏元件（结构见图２．１（ｃ））。为提高气敏元件的稳定性，将焊接好的元件置于专??用的老化台上，通３．５?Ｖ直流电压，老化７?ｄ，得到最终的气敏元件。??！?Ｎｉ－Ｃｒ加雖?Ａ喊陶纖；…??＇Ａ‘‘‘?Ｉ?■?－?＊?＇?．．．．．．??图２．１气敏元件结构图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｇａｓ－ｓｅ打ｓｉｔｉｖｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ??本实验中材料的气敏性能测试使用ＷＳ－３０Ａ（中国郑州巧盛电子有限公司）气??敏元件测试系统。该气敏元件测试系统通过电流－电压测试法，其基本原理如團??２．２。将一个负载电阻（Ｒｒ）和气敏元件串联，通过控制加热电压（Ｖｈ）给气敏元件提??供一定的工作温度
２．４结果与讨论??２．４．１?Ｘ射线衍射分析（Ｘ民Ｄ）??为了测试所得样品的物相结构，对所得样品进行了?ＸＲＤ测试。图２．３（ａ巧口??２．３（ｂ）分别为所制备的花状结构Ｚｎ２Ｓｎ〇４和Ｚｒｉ２Ｓｎ〇４纳米粒子的ＸＲＤ图谱，从图??（ａ）??（ｂ）??ｉ＂＂ｉ．，?？？■＊＾＊ｗ？＊＊＊＾?峡，１．…人—一?，１＂，??ｆミＳ?ｉ一?一玄马一异瓦Ｂ??Ｙ曼ｆ曼直曼！??｜｜?ＩＩ?｜｜?１?了Ｉ?１１?１．１１１１｜??２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??图２．３所得产物的Ｘ民Ｄ图谱：（ａ）花状结构Ｚｉｉ２Ｓｎ〇４；?（ｂ）Ｚｎ２Ｓｎ〇４纳米粒子??Ｆｉｇ．?２．３?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?也ｅ?ｆｉｎａｌ?ｐｒｏｄｕｃｔ：?（ａ）打ｏｗｅｒ－ｌｉｋｅ?Ｚｎ２Ｓｎ〇４；?（ｂ）?ｃｏｍｐａｃｔ?Ｚｒｉ２Ｓｎ〇４??１８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mn掺杂花状ZnO的合成及其光催化特性研究[J]. 位子涵,孙永娇,赵振廷,梁燕飞,胡杰. 功能材料. 2015(09)
[2]Eu掺杂ZnO光催化剂降解制药废水[J]. 朱雷,罗李陈,汪恂. 环境工程学报. 2015(04)
[3]Facile Synthesis as well as Structural, Raman, Dielectric and Antibacterial Characteristics of Cu Doped ZnO Nanoparticles[J]. Javed Iqbal,Nauman Safdar,Tariq Jan,Muhammad Ismail,S.S.Hussain,Arshad Mahmood,Shaheen Shahzad,Qaisar Mansoor. Journal of Materials Science & Technology. 2015(03)
[4]氧化锌多孔微米花的制备及其气敏性能研究[J]. 熊静芳,肖佩,吴强,王喜章,胡征. 化学学报. 2014(04)
[5]Fe掺杂纳米ZnO的制备及其光催化性能研究[J]. 马龙涛,余小红,鲁灿,孟大维,王永钱,薛强,尤雷. 人工晶体学报. 2014(01)
[6]氧化锌纳米棒的制备及其光电性能的研究[J]. 郑泳,张永爱,吴朝兴,文亮,谢剑星,郭太良. 人工晶体学报. 2011(03)
硕士论文
[1]锡酸锌及其相关复合纳米材料的制备、表征及应用[D]. 陈小霞.福州大学 2011
本文编号：3126712
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