ZnO纳米结构的制备及其光、光电催化性能

发布时间：2017-08-30 16:21

  本文关键词：ZnO纳米结构的制备及其光、光电催化性能

  更多相关文章： 氧化锌 纳米棒 纳米片 光催化 光电催化

【摘要】：近年来,金属氧化物半导体纳米材料光催化过程具有降解效率高、稳定性好、易于合成及无毒环保等优点,在污水处理领域得到了广泛关注。在众多的金属氧化物半导体材料中,ZnO作为一种n型直接宽带隙半导体材料,已被证明在紫外光条件下具有更高的光催化活性,然而,光生载流子复合率较高,降低其降解效率,以及催化剂的分离回收、再利用较难。基于此,本文通过在金属衬底上合成ZnO纳米材料,无需分离回收,同时利用金属做电极构成光电催化体系,研究该体系光、光电催化性能,讨论其催化机制及影响催化性能的因素。主要结果如下:首先,采用化学溶液法,以Ag棒为衬底,调控氨水在生长液中的滴加量,分别制备了三种近似垂直于衬底生长的ZnO纳米棒阵列。所得样品均为六角纤锌矿结构,直径约为300nm~400nm,禁带宽度均在3.1eV左右。三种样品中,氨水滴加量为4ml的样品光催化降解罗丹明B的效果最好。PL表征结果显示,该样品表面氧空位浓度高于其他两个样品,高的氧空位浓度可能导致了样品高光催化活性。选取氨水滴加量为4ml的样品构光电催化系统,研究了实验参数对光电催化降解效率的影响,实验结果显示,优化的实验条件为:外加电压0.4V,电极间距0.1cm,罗丹明B初始浓度5mg/L,支持电解质Na_2SO_4的浓度0.1mol/L。该条件下,ZnO纳米棒阵列光电催化降解效率最高,约38%,外加电场有效地提高了降解效率,约为光催化效率的两倍。其次,利用相同的实验条件和方法,通过衬底的调控,在Al片上控制合成了纤锌矿结构的ZnO纳米片,纳米片大致垂直衬底,厚度约为200nm。在优化的实验条件下,ZnO纳米片光催化降解罗丹明B的效率约为36%,光电催化降解效率却仅为24%。在相同实验条件下,同等催化剂量的ZnO纳米棒阵列的光催化效率约为33%,而光电催化降解效率却在电场的作用下被提高至61%。ZnO纳米片结构中的极性面暴露比率比ZnO纳米棒阵列的高,极性面具有更好的光催化活性,导致ZnO纳米片的光催化性能高于ZnO纳米棒阵列。ZnO纳米片在外加电压的作用下,可能由于衬底和形貌等因素的影响,催化效率反而降低了。
【关键词】：氧化锌 纳米棒 纳米片 光催化 光电催化
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ132.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 研究的背景及意义10-11
• 1.2 ZnO的结构及基本性质11-13
• 1.3 光催化13-20
• 1.3.1 ZnO光催化的基本原理13-14
• 1.3.2 提高ZnO光催化性能的方法14-20
• 1.3.2.1 贵金属修饰14-16
• 1.3.2.2 半导体复合16-17
• 1.3.2.3 掺杂17-19
• 1.3.2.4 光电催化19-20
• 1.4 本论文的研究目的和内容20-21
• 2 Ag棒上ZnO纳米棒阵列的光、光电催化性能21-45
• 2.1 引言21-22
• 2.2 ZnO纳米棒阵列的制备及表征22-32
• 2.2.1 实验所用试剂和仪器22-23
• 2.2.2 ZnO纳米棒阵列的制备23-24
• 2.2.3 ZnO纳米棒阵列的表征及结果分析24-27
• 2.2.4 ZnO纳米棒阵列的光致发光27-32
• 2.3 ZnO纳米棒阵列的光催化性能32-34
• 2.3.1 ZnO纳米棒阵列光催化活性测试过程32-33
• 2.3.2 结果与讨论33-34
• 2.4 ZnO纳米棒阵列的光电催化性能34-44
• 2.4.1 光电催化实验过程34-35
• 2.4.2 ZnO纳米棒阵列光电催化降解罗丹明B的影响因素35-44
• 2.4.2.1 Zn O纳米棒光电催化性能35-36
• 2.4.2.2 电压大小的影响36-38
• 2.4.2.3 电极间距的影响38-40
• 2.4.2.4 污染物初始浓度的影响40-41
• 2.4.2.5 Na_2SO_4浓度的影响41-43
• 2.4.2.6 稳定性43-44
• 2.5 本章小结44-45
• 3 Al片上ZnO纳米片的光、光电催化性能45-56
• 3.1 引言45-46
• 3.2 ZnO纳米片的制备及表征46-48
• 3.2.1 ZnO纳米片的制备46-47
• 3.2.2 ZnO纳米片的表征测试及结果分析47-48
• 3.3 ZnO结构片光催化及光电催化性能48-54
• 3.3.1 ZnO纳米片催化反应实验过程48-49
• 3.3.2 ZnO纳米片的光电催化性能49-52
• 3.3.3 不同ZnO纳米结构催化性能差异的分析52-54
• 3.3.3.1 光催化性能差异52-54
• 3.3.3.2 光电催化性能差异54
• 3.4 本章小结54-56
• 4 结论与展望56-58
• 4.1 结论56-57
• 4.2 展望57-58
• 参考文献58-68
• 致谢68-69

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