纳米硫化锌材料的制备、改性及其光催化性能的研究

发布时间：2017-10-14 23:33

  本文关键词：纳米硫化锌材料的制备、改性及其光催化性能的研究

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【摘要】：ZnS是一种重要的直接带隙半导体材料,主要以闪锌矿和纤锌矿的形式存在,其中闪锌矿的禁带宽度为3.54 eV,纤锌矿的禁带宽度为3.71 eV。ZnS因其独特的光电性能而成为研究的焦点。ZnS半导体材料在电致发光、光致发光、传感器、光催化领域得到了广泛的应用。全球工业的迅速发展带来的不仅仅是经济上的长足进步,更重要的是随之而来的环境问题,环境污染的治理是现在的重点和难点问题,ZnS光催化降解治理环境污染成为纳米半导体材料的研究热点之一。目前已报道ZnS材料的制备方法主要有微乳液辅助合成法、固相法、磁控溅射法、高分子模板法、反向胶束法,水热法。其中水热法具有制备工艺简单、制备晶粒可调、结晶性好等优点。本文采用简单的低温水热法制备了ZnS纳米颗粒,Ni~(2+)、Co~(2+)、Mn~(2+)掺杂的ZnS纳米颗粒,对其形成、形貌、光催化性能及机理做了深入研究,主要研究内容如下:(1)以Zn(NO_3)2·6H_2O和Na_2S·9H_2O为原料,采用低温水热法制备ZnS纳米颗粒,为提高ZnS的光催化性能在ZnS中掺杂一定量的Ni~(2+),研究了Ni~(2+)掺杂对硫化锌晶型、形貌和光催化性能的影响。通过改变Ni~(2+)的掺杂量,研究其对ZnS的光催化性能的影响。结果表明光催化性能随着Ni~(2+)的掺杂量的增加先升高后降低,当Ni~(2+)的掺杂量为10%时,ZnS的光催化效果最好。(2)向ZnS中分别掺杂了10%的Co~(2+)、Mn~(2+)过渡金属离子,研究了过渡金属离子掺杂对ZnS晶型、形貌和光催化性能的影响。实验结果表明过渡金属离子的掺杂没有改变硫化锌的晶型,但可降低硫化锌的禁带宽度,提高了其光催化性能。(3)以SC(NH_2)_2为硫源,通过水热反应法制备ZnS纳米颗粒,探讨了硫化锌的形成机理。实验结果表明,反应开始生成ZnO,随后硫元素代替氧元素进入Zn O中生成ZnS,以硫脲为硫源制备的硫化锌结晶性较好,颗粒尺寸均一,大小10 nm左右,颗粒尺寸随水热时间的延长有所增加。光催化性能结果表明水热8 h的硫化锌具有最优的光催化降解亚甲基蓝的性能。
【关键词】：硫化锌 掺杂 光催化性能
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 选题意义10-11
• 1.2 光催化剂的研究进展11-15
• 1.2.1 非氧化钛型氧化物光催化剂11-12
• 1.2.2 铋系光催化剂12
• 1.2.3 钴族光催化剂12
• 1.2.4 硫化物类光催化剂12-15
• 1.3 ZnS半导体光催化剂的缺陷15
• 1.4 ZnS材料的改性方法15-17
• 1.4.1 ZnS粒子的有序化15-16
• 1.4.2 ZnS粒子的掺杂16-17
• 1.5 ZnS半导体光催化机理17-19
• 1.6 本课题的主要研究内容19-20
• 第2章 实验方法及过程20-26
• 2.1 实验所需用的试剂与仪器20-21
• 2.2 水热法制备样品21-23
• 2.2.1 硫化锌的制备21
• 2.2.2 Ni~(2+)的不同掺杂量的Ni-ZnS的制备21-22
• 2.2.3 Co~(2+)、Mn~(2+)掺杂的硫化锌的制备22
• 2.2.4 将硫脲做硫源制备硫化锌22-23
• 2.3 分析技术和表征方法23-24
• 2.3.1 X射线衍射分析23
• 2.3.2 扫描电子显微镜分析23
• 2.3.3 透射电子显微镜分析23-24
• 2.3.4 紫外可见吸收光谱分析24
• 2.3.5 紫外可见漫反射分析24
• 2.4 光催化降解实验24-26
• 第3章 Ni~(2+)掺杂ZnS纳米颗粒的制备及其光催化性能的研究26-38
• 3.1 样品的制备26-27
• 3.1.1 硫化锌的制备26
• 3.1.2 Ni~(2+)掺杂的硫化锌的制备26-27
• 3.2 样品的表征27-32
• 3.2.1 X射线衍射分析27-29
• 3.2.2 样品的形貌分析29-30
• 3.2.3 紫外-可见漫反射计算禁带宽度30-32
• 3.3 Ni~(2+)的不同掺杂量的光催化性能的研究32-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 Mn~(2+)、Co~(2+)掺杂ZnS的制备及其光催化性能研究38-46
• 4.1 样品的制备38
• 4.1.1 Mn~(2+)、Co~(2+)掺杂ZnS的制备38
• 4.2 样品的表征分析38-43
• 4.2.1 X射线衍射分析38-39
• 4.2.2 样品的形貌分析39-41
• 4.2.3 紫外-可见漫反射计算禁带宽度41-43
• 4.3 Mn~(2+)、Co~(2+)掺杂ZnS的光催化性能的研究43-45
• 4.3.1 光催化性能的评价43-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 不同硫源的ZnS的制备及光催化性能的研究46-55
• 5.1 样品制备46
• 5.1.1 以硫脲做硫源的ZnS的制备46
• 5.2 样品的表征分析46-51
• 5.2.1 X射线衍射分析46-48
• 5.2.2 样品的形貌分析48-49
• 5.2.3 紫外-可见漫反射光谱分析49-51
• 5.3 光催化性能的分析51-53
• 5.3.1 光催化性能评价52-53
• 5.4 本章小结53-55
• 结论55-56
• 参考文献56-63
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果63-64
• 致谢64

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