纳米ZnO及其复合材料的制备及性能研究

发布时间：2017-08-21 10:46

  本文关键词：纳米ZnO及其复合材料的制备及性能研究

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【摘要】：ZnO纳米材料由于其形貌与结构的多样性被广泛应用于抗菌、光催化、传感器和太阳能转化等领域,同时ZnO纳米材料的不同形貌对其性能起着决定性的作用。目前,ZnO纳米材料作为无机抗菌材料,在抗菌领域的应用研究已经受到国内外科研工作者的广泛关注,然而现有的ZnO抗菌材料存在着原料昂贵、制备过程繁琐和杀菌效率较低等问题。为了解决该问题,本论文主要从廉价、快速、规模制备形貌可控的ZnO纳米材料以及Pd/ZnO纳米复合材料出发,并研究不同形貌的ZnO纳米材料以及Pd/ZnO纳米复合材料的光催化性能和抗菌性能,主要进行了如下研究：(1)研究不同形貌的ZnO纳米材料以及Pd/ZnO纳米复合材料的制备方法。以锌粉和醋酸锌为原料,利用化学气相沉积法可以制备出四足状、片状的纳米ZnO,利用水热法可以制备出花状纳米ZnO,利用抗坏血酸还原氯钯酸钠法成功制备出Pd纳米立方体,通过控制卤离子的加入量,可以调控Pd纳米立方体的尺寸,通过Pd立方体与ZnO纳米材料复合成功制备不同形貌的Pd/ZnO纳米复合材料,利用SEM、TEM、XRD对其形貌、结构进行表征。(2)研究不同形貌ZnO及Pd/ZnO纳米复合材料降解甲基橙的性能。通过紫外光谱、标准曲线和光照实验证实了甲基橙溶液的光稳定性,以四足状形貌纳米ZnO为例确定光催化降解的最佳条件,并在最佳条件下,对三种形貌纳米ZnO和Pd/ZnO纳米复合材料的光催化降解效果进行比较,采用紫外-可见吸收光谱进行表征,研究发现纳米ZnO和Pd/ZnO纳米复合材料降解效果顺序为：“四足状”“片状”“花状”。主要原因是：四足状纳米ZnO的分枝结构可以减少分子间团聚,并且表面存在较多的氧缺陷和反应活性位点,因此可以捕获较多的光生电子从而提高光催化活性,而花状纳米ZnO的反应活性位点少、分子间易团聚,导致其降解效果最差。(3)研究不同形貌的ZnO及Pd/ZnO纳米材料对大肠杆菌的抗菌性能。对非光照条件下“四足状”、“片状”、“花状”纳米ZnO和Pd/ZnO纳米复合材料的抗菌性能进行研究,研究发现纳米ZnO和Pd/ZnO纳米复合材料抗菌效果顺序为：“四足状”“片状”“花状”。系统研究可见光作用下四足状纳米ZnO和Pd/ZnO纳米复合材料抗菌性能,发现光照后纳米ZnO抗菌率可提高20%,Pd/ZnO纳米复合材料抗菌率可提高38.7%。研究四足状纳米ZnO和Pd/ZnO纳米复合材料在不同时间间隔下的抗菌率,发现在氙灯光源作用下,四足状纳米ZnO和Pd/ZnO纳米复合材在60 min时抗菌率能达到98%；在可见光的作用下,四足状纳米ZnO在60 min时抗菌率能达到85%,Pd/ZnO纳米复合材料在30 min时抗菌率可达到100%。主要原因是：光致激发使纳米ZnO产生电子和空穴,进而生成具有强氧化性基团,使细菌的代谢及繁殖能力受到抑制或者因细胞膜分解而死亡。四足状纳米ZnO表面存在较多的氧缺陷和反应活性位点,能够生成更多的强氧化性基团,增强其抗菌能力,花状纳米ZnO生成强氧化性基团少,比表面积小,与细菌接触面积降低减弱抗菌效果。
【关键词】：纳米ZnO Pd/ZnO纳米复合材料 光催化 降解 抗菌
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ132.41;TB333
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 引言14-30
• 0.1 选题背景14
• 0.2 纳米ZnO的概述14-20
• 0.2.1 纳米ZnO的性质与结构14-16
• 0.2.2 纳米ZnO的形貌16-17
• 0.2.3 纳米ZnO的制备方法17-19
• 0.2.4 纳米ZnO的应用19-20
• 0.3 光催化技术的研究进展20-27
• 0.3.1 常见光催化剂的种类20-21
• 0.3.2 光催化反应原理21-23
• 0.3.3 提高光催化反应活性途径23-25
• 0.3.4 纳米ZnO光催化原理25-27
• 0.4 抗菌剂的研究进展27-28
• 0.5 本文的研究目的、内容和创新点28-30
• 0.5.1 研究目的28
• 0.5.2 研究内容28
• 0.5.3 本文创新点28-30
• 第1章 ZnO和Pd/ZnO纳米复合材料的制备及其表征30-42
• 1.1 引言30-31
• 1.2 实验部分31-34
• 1.2.1 实验仪器与药品31
• 1.2.2 纳米ZnO的制备31-32
• 1.2.3 Pd纳米立方体的制备32-33
• 1.2.4 纳米Pd/ZnO复合材料的制备33
• 1.2.5 结构表征与分析33-34
• 1.3 结果与讨论34-40
• 1.3.1 不同纳米材料的电镜表征34-39
• 1.3.2 不同纳米材料的XRD分析39-40
• 1.4 本章小结40-42
• 第2章 ZnO和Pd/ZnO纳米复合材料光催化降解甲基橙的研究42-55
• 2.1 引言42-43
• 2.2 实验部分43-44
• 2.2.1 实验仪器与药品43
• 2.2.2 MO溶液吸光度-浓度标准曲线43
• 2.2.3 纳米ZnO光催化降解实验43-44
• 2.3 结果与讨论44-54
• 2.3.1 MO溶液的表征分析44-46
• 2.3.2 ZnO和Pd/ZnO光催化降解条件的选择46-54
• 2.4 本章小结54-55
• 第3章 ZnO和Pd/ZnO纳米复合材料光催化抗菌效果研究55-65
• 3.1 引言55-56
• 3.2 实验部分56-57
• 3.2.1 实验仪器与药品56
• 3.2.2 实验药品56
• 3.2.3 LB培养基的配制56
• 3.2.4 光催化抗菌实验过程56-57
• 3.3 结果与讨论57-64
• 3.3.1 非光照条件下不同形貌ZnO抗菌性能分析57-58
• 3.3.2 非光照条件下不同形貌Pd/ZnO抗菌性能分析58-59
• 3.3.3 光照与非光照条件下四足状ZnO抗菌性能分析59-60
• 3.3.4 氙灯光源条件下ZnO及Pd/ZnO的抗菌率分析60-61
• 3.3.5 可见光条件下四足状ZnO及四足状Pd/ZnO的抗菌性能分析61-63
• 3.3.6 可见光条件下四足状ZnO及四足状Pd/ZnO抗菌率分析63
• 3.3.7 可见光条件下四足状ZnO及四足状Pd/ZnO抗菌率分析63-64
• 3.4 本章小结64-65
• 第4章 结论与展望65-67
• 4.1 结论65-66
• 4.2 展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-73
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况73

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