表面改性对ZnO光电化学性能的影响机制及其密度泛函数理论计算研究

发布时间：2017-12-14 06:59

  本文关键词：表面改性对ZnO光电化学性能的影响机制及其密度泛函数理论计算研究

  更多相关文章： 光催化 光电化学 ZnO 修饰ZnO纳米棒 降解有机污染物 第一性原理计算

【摘要】：ZnO因其低成本、较高的稳定性和光催化活性、低毒性等优点被公认为优良的半导体光催化剂。相比于TiO2,ZnO具有优良的电子传输率;另外,通过控制ZnO的形貌结构并经过一定的改性修饰可明显提升ZnO的光催化和光电化学性能。因此,本文基于多孔ZnO纳米棒(ZnO NRs)材料,探究表面改性工艺对其光催化性能的影响机制。然后,进一步基于密度泛函理论对不同元素掺杂的ZnO晶胞进行第一性原理计算,探索元素掺杂修饰对于ZnO光催化性能提高的原因。本文首先通过水热法制备多孔ZnO NRs材料,通过金属Ag和碳点(C-dots)改性修饰多孔ZnO NRs材料,并研究其光催化和光电化学。光催化降解性能结果表明:Ag和碳点改性ZnO能有效提高ZnO的光催化性能,其中摩尔分数为3%Ag和质量分数为1.2%碳点改性ZnO NRs光催化剂分别表现出最佳的光催化性能;进一步的光催化苯酚降解实验结果表明,纳米Ag颗粒改性ZnO NRs对苯酚的降解过程存在明显的影响。深入分析发现:Ag和碳点在光催化剂中起到光生电子载体的作用,能够促进光生电子与空穴的有效分离,从而增强光催化性能。为了深入研究掺杂元素对ZnO光催化性能的影响,进一步基于光催化原理利用DFT理论探究金属(Fe、Cu、Cd)、非金属(B、N、S)掺杂ZnO的电子结构和光学性能。研究表明:通过不同元素掺杂ZnO可以改变其近费米能级的电子态密度和并相应改变其电子结构,掺杂ZnO由于外层电子的差别的光学性能也有一定的提高。通过元素的掺杂,能够使得ZnO能带结构、电子态密度、光学性能发生变化,这有利于提高ZnO的光催化性能。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O614.241;O643.36

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 冯昌;邓晓燕;倪晓晓;李卫兵;;碳点修饰多孔ZnO纳米棒增强光催化性能[J];物理化学学报;2015年12期

2 李湘奇;范庆飞;李广立;黄瑶翰;高照;范希梅;张朝良;周祚万;;合成ZnO纳米阵列及刺突状CuO/ZnO异质结（英文）[J];物理化学学报;2015年04期

3 刘红;邬小凤;李湘奇;王婕;范希梅;;简单低温水浴法合成鳞片状氧化铜/四针状氧化锌晶须复合光催化剂(英文)[J];催化学报;2014年12期

4 任鑫;曹娇;袁帅;施利毅;;电沉积ZnO纳米棒阵列及共形结构杂化太阳能电池[J];无机化学学报;2014年08期

5 武玲玲;田瑞雪;赵清;常青;胡胜亮;;碳点/银复合结构的制备及可见光催化性能[J];高等学校化学学报;2014年04期

6 张宇;林申;张钰;宋溪明;;ZnO/BiVO_4-V_2O_5异质结构光生电荷性质及可见光下表面光电流行为[J];物理化学学报;2013年11期

7 兰飞飞;王金忠;王敦博;黎倩;颜源;于清江;高世勇;矫淑杰;;Cu掺杂ZnO纳米材料的制备及表征[J];发光学报;2013年02期

8 王延峰;张晓丹;黄茜;刘阳;魏长春;赵颖;;室温制备低电阻率高透过率H,W共掺杂ZnO薄膜[J];物理学报;2013年01期

9 胡杰;柳峰;高印博;蔡宗岐;;微量Co~(2+)掺杂ZnO粉体的结构和光学性能研究[J];半导体光电;2012年05期

10 李镇江;孙素园;徐啸;孟阿兰;;氮掺杂氧化锌纳米材料的制备、光催化性能及第一性原理计算[J];青岛科技大学学报(自然科学版);2011年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 倪建刚;第一性原理研究BaTiO_3-ZnO异质结构的电子特性[D];电子科技大学;2008年

，

本文编号：1286949