高效光催化金属氧化物空心球的制备及其性能研究

发布时间：2018-03-06 16:56

  本文选题：碳球　切入点：氧化锌　出处：《兰州大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：金属氧化物空心球由于具有大的比表面积、大的内部空间及厚度在纳米尺度范围内的壳层等特性,在太阳能电池、光催化、化学传感器和锂电池等领域有广泛的应用前景,引起了广大科研工作者的关注。大量研究结果表明,硬模板法是目前制备空心球最普适的方法,作为硬模板的新星,碳球为制备单壳层及多壳层金属氧化物空心球提供了可能,受到了广大科研工作者的青睐。寻找一种简单的碳球制备方法,完善碳球的制备条件,探索其作为模板合成空心球的最佳合成条件,就成了一项非常必要而有意义的工作。本论文分别采用葡萄糖溶液直接溶剂热法和苯酚辅助法制备了单分散碳球,探索合成条件对碳球形貌的影响,而后通过直接吸附法合成厂ZnO、Ti02和Fe203等多壳层空心球。以ZnO多壳层空心球的合成为重点,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及光催化测试仪等测试分析手段对不同条件下制备的ZnO空心球的结构、形貌、电学和光催化性能进行了细致的研究。在ZnO空心球制备方法的基础上合成了TiO2、Fe2O3和Mn2O3多壳层空心球以及TiO2纳米颗粒,并对其形貌和性能进行了研究。研究发现：(1)采用葡萄糖溶液直接溶剂热法合成了单分散碳球,发现葡萄糖浓度和反应时间对碳球的尺寸大小有着明显的影响,碳球的尺寸随着葡萄糖浓度和反应时间的增加而增加,最大可以达到10μm。这主要是由于葡萄糖浓度和反应时间的增加提高了葡萄糖脱水和聚合的程度。在此基础上采用苯酚辅助溶剂热法制备了单分散的碳球,有效解决了碳球合成的分散性问题,相比于苯酚和邻苯二酚,间苯三酚的加入使碳球的尺寸更大,产量更高,我们认为这主要是由于间苯三酚具有更多的羟基,在葡萄糖聚合反应阶段作用更强。(2)以碳球为模板合成了单壳层、双壳层和三壳层ZnO空心球,对碳球模板的尺寸和ZnO空心球的壳层数之间的关系进行了研究,ZnO空心球的壳层数随着碳球尺寸的增加而增加,这是由于碳球尺寸的增加提高了Zn2+的吸附量,从而使壳层数增加。对ZnO空心球和ZnO纳米颗粒进行了光催化性能测试,ZnO纳米颗粒的光催化性能最差,1h后MO溶液的浓度依然保持30%左右,而所有的空心球降解MO溶液1h的效率都可以达到90%以上,其中三壳层最快,双壳层次之。这是由于多壳层空心球能够使光发生多次反射和散射；可以提供更多的染料分子的附着点；具有优异的光电流的产生和分离能力。(3)利用碳球合成了单壳层和多壳层TiO2和Fe2O3空心球,对TiCl3和FeCl3溶液浓度和TiO2和Fe2O3空心球的壳层数之间的关系进行了研究,发现随着TiCl3和FeCl3溶液浓度的提高,TiO2和Fe2O3空心球的壳层数增加,这是由于提高溶液金属离子的浓度,可以增加碳球内部吸附金属离子的量,从而产生更多的壳层。此外我们还测试了多壳层TiO2空心球的光催化性能。在多壳层TiO2空心球的催化下,70 min后10 mgL-的罗丹明B的降解率达到90%以上；研究了Fe2O3空心球磁学性能,单壳层和多壳层Fe2O3空心球饱和磁化强度分别为2.8和13.7emug-,剩余磁化强度分别为0.74和1.8 emu g-。(4)利用葡萄糖和TiCl3混合溶液直接溶剂热法合成了颗粒尺度10 nm以内的TiO2纳米颗粒,测试了其光催化性能。发现其光催化性能优于P25,20 mmin后10 mg L-1的罗丹明B的降解率达到90%以上,这是由于TiO2纳米颗粒具有非常大的比表面积。用葡萄糖和硝酸锰混合溶液直接溶剂热法合成了多壳层Mn2O3空心球,研究了其锂电性能,发现多壳层Mn2O3空心球作为负极材料具有很好循环性能和倍率性能,这归结于其大的比表面积、优异的导电性和特殊的结构。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ127.11

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本文编号：1575684