不同元素掺杂ZnO薄膜的水热制备及光催化性能研究

发布时间：2023-06-03 02:00

　　目前,TiO2、SnO2和ZnO等金属氧化物被广泛用作光催化剂。其中,ZnO是一种很有吸引力的宽带隙(3.37eV)半导体光催化剂,其高激子结合能(60meV)使其在室温下具有高效的激子发射。此外,使用ZnO作为光催化剂还具有成本低,无毒,吸收光量子多等优点。然而,由于光生载流子的快速复合抑制了 ZnO的光催化效率,因此,可通过抑制电子空穴对的重新组合提高其光催化性能,而将不同元素掺至ZnO光催化剂中是实现这一途径的有效方法。为了克服传统粉末光催化剂的易分散和难回收等问题,可使用薄膜光催化剂。聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)在可见光范围内有很高的透过率,是一种良好的衬底材料。以石墨烯或氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)涂覆的PET(GPET或PET-ITO)将PET和石墨烯或ITO的优异性能相结合,为ZnO的生长提供了更优异的柔性生长基底。本文以GPET或PET-ITO为生长基底,采用简单、绿色的水热法合成了掺杂ZnO/GPET 及 ZnO/PET-ITO 复合材料,通过 X-ray Diffraction(XRD)...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 ZnO纳米材料的概述
        1.2.1 ZnO纳米材料的晶体结构
        1.2.2 ZnO纳米材料的基本性质
    1.3 ZnO纳米材料的制备方法
        1.3.1 磁控溅射法
        1.3.2 溶胶凝胶法
        1.3.3 原子层沉积法
        1.3.4 喷雾热解法
        1.3.5 电化学沉积法
        1.3.6 喷墨打印法
        1.3.7 水热法
    1.4 ZnO纳米材料的应用
        1.4.1 太阳能电池
        1.4.2 超级电容器
        1.4.3 柔性压电纳米发电机
        1.4.4 探测器
        1.4.5 传感器
        1.4.6 光电二极管
        1.4.7 光催化剂
    1.5 光催化技术的简述
    1.6 ZnO在光催化领域的国内外研究现状
    1.7 本课题的选题意义及主要研究内容
第2章 ZnO薄膜的水热制备与表征方法
    2.1 技术路线
    2.2 实验原料及主要设备
        2.2.1 实验所需原料
        2.2.2 实验所需仪器及设备
    2.3 掺杂ZnO/柔性衬底复合结构的实验室制备
        2.3.1 GPET或PET-ITO柔性衬底上溅射ZnO籽晶层
        2.3.2 掺杂ZnO/柔性衬底复合结构的水热生长
    2.4 掺杂ZnO/柔性衬底复合结构的表征与性能测试技术
        2.4.1 X-射线衍射(XRD)
        2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.4.3 X-射线光电子能谱(XPS)
        2.4.4 光致发光光谱分析(PL)
    2.5 光催化测试原理和方法
        2.5.1 光催化测试原理
        2.5.2 光催化测试体系
第3章 基于不同衬底的B-ZnO薄膜的制备及光催化性能分析
    3.1 B掺杂ZnO薄膜的水热制备
    3.2 衬底对B-ZnO薄膜微观形貌的影响
    3.3 B-ZnO/GPET薄膜的表征及分析
        3.3.1 表面形貌分析
        3.3.2 晶体结构分析
        3.3.3 生长机制分析
        3.3.4 表面成分和元素价态分析
    3.4 B-ZnO薄膜的光催化性能
        3.4.1 基于不同基底生长的B-ZnO对MB的光催化活性
        3.4.2 B掺杂对B-ZnO光催化活性的影响
    3.5 本章小结
第4章 不同金属掺杂ZnO/GPET薄膜的制备及光催化性能研究
    4.1 不同金属掺杂ZnO/GPET纳米薄膜的实验室制备
    4.2 不同金属掺杂ZnO/GPET纳米薄膜的基础表征
        4.2.1 GPET基底上生长不同金属掺杂的ZnO薄膜的形貌分析
        4.2.2 PET-ITO基底上生长不同金属掺杂的ZnO薄膜的形貌分析
        4.2.3 GPET基底上生长不同金属掺杂的ZnO薄膜的晶体结构分析
        4.2.4 Fe、Ni和Cu单掺杂ZnO/GPET纳米薄膜的表面成分和元素价态分析
    4.3 不同金属掺杂对ZnO/ GPET薄膜性能的影响
        4.3.1 光致发光研究
        4.3.2 光催化性能研究
    4.4 M-ZnO/GPET纳米薄膜的光降解机理研究
    4.5 本章小结
第5章 Cu-ZnO/GPET薄膜的制备及光催化性能研究
    5.1 Cu-ZnO/GPET薄膜的水热制备
    5.2 Cu-ZnO/GPET薄膜的微观形貌分析
    5.3 Cu-ZnO/GPET薄膜的晶体结构分析
    5.4 Cu-ZnO/GPET薄膜光催化特性的影响
    5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果
致谢



本文编号：3828446