基于ZnO纳米线的复合纳米材料制备及光催化性能研究

发布时间：2017-10-17 05:26

  本文关键词：基于ZnO纳米线的复合纳米材料制备及光催化性能研究

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【摘要】：随着纳米科学技术的快速发展,ZnO纳米线已成为一种具有高催化活性、无污染、低成本和环境友好的光催化剂。然而,ZnO纳米线在光催化降解废水有机污染物方面仍存在不足,如可利用的波长范围较窄、光生电子与光生空穴的复合率较高等,这明显限制了ZnO纳米线的光催化性能。目前,提高ZnO纳米线光催化性能的主要方法是对ZnO纳米线进行改性处理,如在ZnO纳米线表面沉积贵金属、掺杂金属离子、制备复合纳米线等,它们可以通过物理方法或湿化学方法来实现。其中,人们更多采用物理方法(如溅射法)对ZnO纳米线进行改性研究,但该方法需要昂贵的设备。而湿化学方法(如液相转换法)具有工艺简单、成本低等特点,在ZnO纳米线改性方面具有较大的潜力。因此,为提高ZnO纳米线的光催化性能,本文从改进水热法制备ZnO纳米线工艺出发,采用低成本的液相转换法制备TiO2/ZnO复合纳米线,并对其光催化性能进行表征分析。本文的主要研究内容与结论如下：(1)采用生长条件温和、操作简单、成本低的晶种水热法制备ZnO纳米线,分别研究氨水浓度、PEI浓度、生长温度、生长时间等不同生长条件对ZnO纳米线形貌的影响。结果表明：当生长液为25mMZn(NO3)2·6H2O、12.5mMHMTA、0.3MNH3·H2O、 5mM PEI、生长温度为90℃、生长时间为15h时,所制备的ZnO纳米线形貌较理想,平均长度达14.5 谬m、平均直径达667 nm、长径比达21.7、且无底部融合现象、直立性较好。(2)以所制备形貌较理想的ZnO纳米线为反应模板,采用成本低的液相转换法在ZnO纳米线表面沉积Ti02纳米薄膜,制得TiO2/ZnO复合纳米线,实验研究了沉积时间对TiO2/ZnO复合纳米线形貌的影响。结果表明：在本实验室条件下,制备TiO2/ZnO复合纳米线的最佳沉积时间为15 min。(3)以亚甲基蓝为待降解有机染料,以365 nm波长的紫外灯为光源,进行光催化实验,考察沉积Ti02时间为15 min时所制备的TiO2/ZnO复合纳米线的光催化性能。结果表明：TiO2/ZnO复合纳米线的光催化性能明显高于ZnO纳米线。前者在连续进行10次光催化实验之后,亚甲基蓝的降解率仍超过90%。结果表明：TiO2/ZnO复合纳米线不仅具有较高的光催化活性,且光催化稳定性也较好。
【关键词】：ZnO纳米线 TiO_2/ZnO复合纳米线 光催化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 ZnO纳米材料11-13
• 1.2.1 纳米材料11-12
• 1.2.2 ZnO晶体结构12
• 1.2.3 ZnO材料特性12-13
• 1.2.4 ZnO纳米结构13
• 1.3 ZnO纳米线的制备方法13-16
• 1.4 ZnO纳米线在光催化中的应用研究16-19
• 1.4.1 半导体光催化技术16
• 1.4.2 半导体光催化原理16-17
• 1.4.3 ZnO纳米线在光催化中的研究现状17-19
• 1.5 主要研究内容19-20
• 2 水热法控制合成ZnO纳米线20-36
• 2.1 引言20-21
• 2.2 实验部分21-24
• 2.2.1 实验材料21
• 2.2.2 实验设备21-22
• 2.2.3 ZnO纳米线的制备22-23
• 2.2.4 样品表征23-24
• 2.3 结果与讨论24-35
• 2.3.1 氨水浓度对ZnO纳米线形貌的影响24-27
• 2.3.2 PEI浓度对ZnO纳米线形貌的影响27-30
• 2.3.3 生长温度对ZnO纳米线形貌的影响30-32
• 2.3.4 生长时间对ZnO纳米线形貌的影响32-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 TiO_2/ZnO复合纳米线的制备及表征36-43
• 3.1 引言36-37
• 3.2 实验部分37-39
• 3.2.1 实验材料37
• 3.2.2 实验设备37
• 3.2.3 TiO_2/ZnO复合纳米线的制备37-39
• 3.2.4 样品表征39
• 3.3 结果与讨论39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 TiO_2/ZnO复合纳米线的光催化性能研究43-53
• 4.1 引言43-44
• 4.2 实验部分44-47
• 4.2.1 实验材料44
• 4.2.2 实验设备44
• 4.2.3 光催化实验方法44-47
• 4.3 结果与讨论47-52
• 4.3.1 建立亚甲基蓝溶液标准曲线47-48
• 4.3.2 TiO_2/ZnO复合纳米线的光催化性能测试与分析48-49
• 4.3.3 TiO_2/ZnO复合纳米线的光催化性能稳定性测试49-50
• 4.3.4 TiO_2/ZnO复合纳米线的光催化机理分析50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 结论53-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59

【参考文献】

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本文编号：1047069