ZnO量子点的制备及其光催化性能研究

发布时间：2017-10-07 17:50

  本文关键词：ZnO量子点的制备及其光催化性能研究

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【摘要】：采用液相合成法制备ZnO量子点,利用XRD、HRTEM、XPS、PL等手段对其结构和光致发光等方面进行表征,考察ZnO量子点在光催化处理染料废水的效果,探究原料配比、不同染料废水、煅烧温度等因素对ZnO量子点光催化性能的影响。以聚乙二醇(PEG 2000)、甲基丙酰胺(MAC)、硫脲(THU)对ZnO量子点进行表面修饰,结合表征和光催化实验研究表面修饰对ZnO量子点光催化性能的影响。采用Co、Cu、S、Cd四种元素对PEG修饰的ZnO量子点掺杂,结合表征和光催化实验考察不同元素掺杂对ZnO量子点光催化性能的影响。得到的主要结论如下:(1)制备的ZnO量子点具有良好的的光催化活性。原料配比(mol(Zn(C4H6O4))/mol(LiOH)为1:5时,制备的ZnO量子点光催化性能最强。0.1g该ZnO量子点粉末40min对50mL 0.1g/L的活性黄X-R染料废水色度的去除率达到了89.80%,COD去除率为63.32%。ZnO量子点表面活性较强,容易发生团聚现象,高温煅烧处理可以减少其团聚现象,但不能明显提升其光催化性能。ZnO量子点对不同染料废水的光催化去除和吸附去除效果存在较大差异,染料分子中显色基团数目和位置,决定了染料去除的难易程度。(2)PEG2000、MAC和THU表面修饰ZnO量子点时,并未改变ZnO量子点的晶体构型和结构,只是对其表面缺陷进行一定程度改善,使其团聚现象减少。表面修饰剂添加量增大时,PEG 2000表面修饰制备的ZnO量子点的粒径减小,MAC和THU表面修饰的ZnO量子点的粒径都是先减小后增大。其中PEG表面修饰的ZnO量子点光催化性能提升最为显著,最佳质量百分比添加量为6%。0.1g该ZnO量子点粉末40min对50mL 0.1g/L的活性黄X-R染料废水色度的去除率达到了99.21%,COD去除率为70.26%。(3)采用Co、Cu、S、Cd四种元素分别掺杂6%PEG修饰后的ZnO量子点,都使得ZnO量子点粒径呈现不同程度的减小,团聚现象减少,但未改变ZnO量子点的六方纤锌矿结构,也未导致ZnO量子点发生明显的晶体膨胀和畸变。其中Cd掺杂ZnO量子点光催化性能最佳,最佳掺杂量为0.9%。0.05g该ZnO量子点粉末40min对50mL 0.1g/L的活性黄染料废水色度的去除率为96.72%,COD去除率为63.47%。
【关键词】：ZnO量子点 光催化性能 表面修饰 掺杂 染料废水
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O614.241;O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 ZnO量子点的基本性质9-12
• 1.2.1 表面效应10-11
• 1.2.2 量子尺寸效应11
• 1.2.3 小尺寸效应11
• 1.2.4 介电限域效应11
• 1.2.5 ZnO量子点的光致发光(PL)11-12
• 1.3 ZnO纳米材料研究现状12-14
• 1.4 ZnO量子点的研究现状14-15
• 1.5 掺杂ZnO量子点的研究现状15-16
• 1.6 课题的主要研究内容及其意义16-17
• 第二章 ZnO量子点制备及其光催化研究17-36
• 2.1 ZnO量子点的制备实验及表征分析方法17-20
• 2.1.1 实验材料17-18
• 2.1.2 实验仪器与设备18
• 2.1.3 ZnO量子点的表征分析方法18-19
• 2.1.4 影响制备ZnO量子点的因素及实验条件控制19-20
• 2.1.5 ZnO量子点的制备流程20
• 2.2 ZnO量子点及其煅烧后的表征分析20-25
• 2.2.1 X射线衍射表征分析20-21
• 2.2.2 透射电子显微镜表征分析21-22
• 2.2.3 X射线光电子能谱表征分析22-24
• 2.2.4 光致发光表征分析24-25
• 2.3 ZnO量子点的光催化性能研究25-34
• 2.3.1 原料配比对ZnO量子点光催化的影响26-28
• 2.3.2 不同染料废水对ZnO量子点光催化的影响28-31
• 2.3.3 煅烧温度对ZnO量子点光催化的影响31-33
• 2.3.4 煅烧时间对ZnO量子点光催化的影响33-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第三章 ZnO量子点的表面修饰及光催化研究36-52
• 3.1 ZnO量子点的表面修饰36-37
• 3.1.1 实验材料36
• 3.1.2 实验仪器与设备36-37
• 3.1.3 表面修饰ZnO量子点的制备流程37
• 3.2 表面修饰ZnO量子点的表征分析37-43
• 3.2.1 X射线衍射表征分析37-39
• 3.2.2 透射电子显微镜表征分析39-40
• 3.2.3 X射线光电子能谱表征分析40-42
• 3.2.4 光致发光光谱表征分析42-43
• 3.3 表面修饰对ZnO量子点的光催化研究43-45
• 3.4 煅烧对表面修饰后ZnO量子点的光催化研究45-50
• 3.4.1 煅烧表面修饰后ZnO量子点的表征45-47
• 3.4.2 煅烧条件对PEG表面修饰ZnO量子点光催化性能的影响47-50
• 3.5 小结50-52
• 第四章 ZnO量子点的掺杂及其光催化研究52-78
• 4.1 掺杂ZnO量子点的制备52-53
• 4.1.1 实验材料与仪器设备52
• 4.1.2 掺杂ZnO量子点的制备流程52-53
• 4.2 掺杂ZnO量子点的表征及其光催化性能53-75
• 4.2.1 Co掺杂ZnO量子点表征及其光催化性能53-59
• 4.2.2 Cu掺杂ZnO量子点表征及其光催化性能59-65
• 4.2.3 S掺杂ZnO量子点表征及其光催化性能65-69
• 4.2.4 Cd掺杂ZnO量子点表征及其光催化性能69-75
• 4.3 影响Cd掺杂表面修饰ZnO量子点光催化性能的因素75-76
• 4.4 小结76-78
• 第五章 结论与展望78-80
• 5.1 结论78-79
• 5.2 展望79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-86
• 附录一 攻读硕士学位期间发表的论文86-87
• 附录二 攻读硕士学位期间参加的科研项目87

【参考文献】

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本文编号：989250