改性还原氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化性能研究

发布时间：2017-04-05 09:06

  本文关键词：改性还原氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：2004年英国科学家Geim首次从石墨中成功剥出石墨烯(Graphene),其作为碳材料家族的重要一员,由sp2杂化的碳原子以单层原子组成的二维蜂窝状结构,其厚度约为0.335nm,可以看作是被剥离的单原子层石墨。物质的结构决定其性质及应用,石墨烯这种特殊结构使得其具有优良的电子迁移速率,高导电率,巨大的比表面积(理论计算石墨烯的比较面积可达2600m2g-1)等特性。光催化技术作为一门新兴的环保技术,具有独特的优点,其操作过程简单易行,反应条件温和,原料成本低,能有效降解水体中有机污染物且不产生二次污染,对高效光催化剂的研究受到越来越多的重视和关注。在环境保护以及能源等领域有广泛潜在应用的基于石墨烯的纳米复合材料光催化剂,其合成方法主要包括原位生长法、溶液混合法以及水热法。本文基于改进的Hummers法将天然鳞片石墨制备成氧化石墨,之后采用水热法合成了金属Ce、非金属N及半导体Cu O掺杂的Zn O-RGO的复合材料,利用不同的测试手段对复合材料进行了表征分析,并对其光催化活性能进行测试。(1)以共沉淀焙烧法制得的Ce掺杂Zn O,采用水热合成法制得还原氧化石墨烯r GO-Ce/Zn O复合材料,并对复合材料的形貌、晶型结构进行了分析,分析结果表明,氧化石墨烯在水热反应过程中被还原成石墨烯,其作为电子受体和电子传输体,电子-空穴对的复合机率被降低,复合材料对染料的强吸附性能,对可见光的有较好的吸收等因素提高了光降解效果。(2)以氧化石墨、尿素和Zn O为原料采用环境友好的一次水热法制得非金属元素氮掺杂的r GO/Zn O复合材料,通过一系列的表征手段对复合材料形貌及结构的分析及复合材料对亚甲基蓝的的光催化性能进行测试,实验结果表明,与纯氧化锌(Zn O)和石墨烯/氧化锌(r GO-Zn O)相比,NGZ光催化剂具有更好的光催化性能,以6W紫外灯为光源,60min对MB的除色率为99.98%,比纯Zn O提高79.85%,良好的光催化活性不仅归因于氮源和GO的加入扩展了Zn O的光响应范围,还因为还原氧化石墨烯的优异的导电性。(3)采用二次水热合成法制得了r GO-Cu O/Zn O复合材料,将p-n型半导体与r GO复合,通过多种表征手段对其进行表征,并通过其对亚甲基蓝的降解评价了其光催化活性。结果表明,Cu O和GO的加入能有效的抑制光催化过程在Zn O表面空穴电子对的复合,并对其机理进行了阐述。
【关键词】：光催化 还原氧化石墨烯 氧化锌 掺杂
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-29
• 1.1 石墨烯9-17
• 1.1.1 石墨烯的发展10-11
• 1.1.2 石墨烯的制备方法11-14
• 1.1.3 石墨烯的性质14-15
• 1.1.4 石墨烯的应用研究现状15-17
• 1.2 氧化石墨烯17-19
• 1.3 光催化19-26
• 1.3.1 光催化技术19-21
• 1.3.2 半导体光催化剂21-23
• 1.3.3 ZnO半导体光催化剂及其改性23-25
• 1.3.4 石墨烯/ZnO复合光催化剂研究进展25-26
• 1.4 本论文的选题目的及研究内容26-29
• 第二章 RGO-Ce/ZnO复合材料的制备及光催化性能研究29-43
• 2.1 引言29-30
• 2.2 实验药品和仪器30-31
• 2.2.1 实验药品30
• 2.2.2 实验仪器30-31
• 2.3 实验步骤31-32
• 2.3.1 氧化石墨的制备31
• 2.3.2 Ce/ZnO的制备31
• 2.3.3 RGO-Ce/ZnO复合材料的制备31-32
• 2.3.4 光催化性能测试32
• 2.4 复合材料的表征32-33
• 2.5 结果与讨论33-42
• 2.5.1 XRD表征33-34
• 2.5.2 SEM表征34-35
• 2.5.3 FT-IR表征35-36
• 2.5.4 PL表征36-37
• 2.5.5 DRS分析37-38
• 2.5.6 Raman表征38-39
• 2.5.7 光催化性能分析39-40
• 2.5.8 催化剂的重复使用性能40-41
• 2.5.9 催化剂的光催化机理分析41-42
• 2.6 本章结论42-43
• 第三章 氮掺杂rGO/ZnO光催化剂的制备及其光催化性能43-55
• 3.1 引言43-44
• 3.2 实验药品与仪器44-45
• 3.2.1 实验药品44
• 3.2.2 实验仪器44-45
• 3.3 实验步骤45-46
• 3.3.1 氧化石墨的制备45
• 3.3.2 氮掺杂rGO/ZnO复合光催化剂的制备45
• 3.3.3 光催化性能测试45-46
• 3.4 样品表征46
• 3.5 实验结果与讨论46-53
• 3.5.1 XRD表征46-47
• 3.5.2 FT-IR表征47-48
• 3.5.3 SEM 与 EDS 表征48-50
• 3.5.4 DRS表征和PL表征50-51
• 3.5.5 光催化性能测试51-52
• 3.5.6 NGZ光催化机理分析52-53
• 3.6 本章结论53-55
• 第四章 rGO-CuO/ZnO复合材料的制备及其光催化性能研究55-65
• 4.1 引言55
• 4.2 实验药品与仪器55-56
• 4.2.1 实验药品55-56
• 4.2.2 实验仪器56
• 4.3 实验步骤56-57
• 4.3.1 氧化石墨的制备56
• 4.3.2 rGO-CuO/ZnO复合材料的制备56-57
• 4.3.3 光催化性能测试57
• 4.4 样品表征57-58
• 4.5 实验结果与讨论58-64
• 4.5.1 XRD表征58
• 4.5.2 FT-IR表征58-59
• 4.5.3 SEM表征59-60
• 4.5.4 PL表征60-61
• 4.5.5 DRS表征61-62
• 4.5.6 光催化性能测试62-63
• 4.5.7 光催化机理分析63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 结论65-67
• 参考文献67-73
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果73-75
• 致谢75

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