改性氧化锌纳米光催化材料的制备及光催化性能研究

发布时间：2017-10-03 23:32

  本文关键词：改性氧化锌纳米光催化材料的制备及光催化性能研究

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【摘要】：半导体光催化剂能够通过氧化还原反应分解有机污染物,在降解处理污水有机物方面有良好的效果,逐渐成为人们关注的焦点。Zn O作为一种优良的半导体材料,具有良好的光电特性,被认为是具有潜力的光催化材料。但是,ZnO在光催化应用中存在着(1)光响应范围窄;(2)电子和空穴的分离效率低;(3)回收难等问题,从而使其应用受到限制。通过过渡金属离子复合掺杂、构筑磁性复合半导体以及与先进碳材料石墨烯复合的方法对ZnO进行改性,以达到提高ZnO光催化活性,拓宽ZnO吸收光子的范围,方便回收的目的。采用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、激光拉曼光谱仪、高分辨率透射电子显微镜等对样品的结构和形貌进行了表征。探讨了改性纳米ZnO光催化活性增强的机理。具体内容如下:(1)采用溶胶-凝胶法制备了Fe单掺Zn1-xFexO(0≤x≤0.05)和Fe/Cu复合掺杂Zn0.98-xFe0.02CuxO(0≤x≤0.05)的纳米粉体,研究掺杂浓度对ZnO晶体结构及光催化性能的影响。结果表明,Zn1-xFexO和Zn0.98-xFe0.02CuxO样品均为六方纤锌矿ZnO晶体,掺杂的Fe、Cu离子进入ZnO晶格,没有新相出现,粒径约为20nm。通过掺杂能够显著提高ZnO的光催化活性,制得的Zn0.97Fe0.02Cu0.01O光催化活性最高,紫外光照射60min,亚甲基蓝(MB)降解率达到99.5%。(2)采用两步法制备了具有可见光催化活性的Zn O/ZnFe_2O_4磁性纳米复合物。首先采用水热法制备纳米ZnFe_2O_4,然后采用溶剂热法在ZnFe_2O_4表面包覆一层Zn O纳米颗粒,得到Zn O/Zn Fe_2O_4纳米核壳结构复合物。考察了复合物的可见光催化活性。当复合物中Zn Fe_2O_4和Zn O的摩尔比为0.5时,复合物的光催化活性最高:可见光照射180min,MB降解率达到77.8%。且由于ZnFe_2O_4的存在,复合物可以方便地通过外部磁场回收。(3)通过水合肼还原氧化石墨烯,以已经制备的Zn O/ZnFe_2O_4为原料,制备了ZnO/ZnFe_2O_4/石墨烯复合光催化剂。石墨烯掺量为3%时,复合光催化剂的光催化活性最高:可见光照射60min时,对MB的降解率可以达到98%。复合光催化剂具有良好的稳定性,5次循环后依然具有82%的光催化效率。
【关键词】：氧化锌 光催化 复合掺杂 复合材料 磁性催化剂 可见光
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 半导体光催化技术概述10-15
• 1.2.1 半导体光催化技术发展背景10-11
• 1.2.2 光催化技术机理11-13
• 1.2.3 半导体光催化材料种类13
• 1.2.4 影响光催化反应的主要因素13-15
• 1.3 氧化锌概述15-20
• 1.3.1 氧化锌的晶体结构15-16
• 1.3.2 氧化锌的性质16-17
• 1.3.3 纳米氧化锌的制备方法17-20
• 1.4 氧化锌光催化研究进展20-24
• 1.4.1 氧化锌光催化材料的缺点20-22
• 1.4.2 氧化锌光催化材料的改性方法22-24
• 1.5 主要研究内容24-26
• 2 实验所需的原料设备及测试方法26-29
• 2.1 实验原料26
• 2.2 实验仪器26-27
• 2.3 分析表征方法27-29
• 3 Fe/Cu复合掺杂ZnO纳米颗粒的制备及光催化性能29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 实验29-30
• 3.2.1 Fe/Cu复合掺杂ZnO纳米颗粒的制备29-30
• 3.2.2 光催化实验30
• 3.3 结果与讨论30-37
• 3.3.1 Fe/Cu复合掺杂氧化锌纳米颗粒的表征30-33
• 3.3.2 Fe/Cu复合掺杂氧化锌纳米颗粒的光催化性能33-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 ZnO/Zn Fe_2O_4纳米复合磁性光催化剂的制备及光催化性能38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 实验38-40
• 4.2.1 纳米Zn Fe_2O_4的制备38-39
• 4.2.2 ZnO/Zn Fe_2O_4复合材料的制备39
• 4.2.3 光催化实验39-40
• 4.3 结果与讨论40-45
• 4.3.1 ZnO/Zn Fe_2O_4的表征40-42
• 4.3.2 ZnO/Zn Fe_2O_4的光催化性能42-44
• 4.3.3 ZnO/Zn Fe_2O_4的的回收循环利用实验44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 5 高可见光活性磁性催化剂ZnO/Zn Fe_2O_4/石墨烯的制备及光催化性能46-57
• 5.1 引言46-47
• 5.2 实验47
• 5.2.1 氧化石墨烯（GO）的制备47
• 5.2.2 ZnO/Zn Fe_2O_4/石墨烯的制备47
• 5.3 结果与讨论47-56
• 5.3.1 ZnO/Zn Fe_2O_4/石墨烯的表征47-52
• 5.3.2 ZnO/Zn Fe_2O_4/石墨烯的光催化性能52-55
• 5.3.3 ZnO/Zn Fe_2O_4/石墨烯的的回收循环利用实验55-56
• 5.4 本章小结56-57
• 6 结论57-59
• 参考文献59-67
• 致谢67-68
• 在学期间发表的论文以及其他科研成果68

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