多孔陶瓷基ZnO纳米棒阵列的制备及压电光催化性能研究

发布时间：2022-08-10 19:18

　　ZnO氧化还原能力强、光化学性质稳定、制备工艺简单,且兼具压电和光电特性,但其在降解污染物过程中光生载流子分离效率低且难以回收。将ZnO纳米棒生长在多孔陶瓷内壁表面,利用水流在三维多孔结构中复杂流动产生的能量冲击导致ZnO纳米棒变形,形成周期性内建电场,来持续分离光生载流子,可以提高其光催化性能,同时解决了 ZnO的回收问题。为此,本文采用水热法分别在具有小而密、规则孔道的Al2O3直通孔陶瓷和具有不规则孔道结构的ZrO2泡沫陶瓷表面上生长ZnO纳米棒阵列（Nanorod arrays,以下简称NRs）,借助X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段分析观察ZnO NRs的组成和微观形貌。通过调节搅拌速率,分析水流在两种多孔结构中的流动状态,探究光催化性能的变化规律,揭示不同载体中水的流动状态引起ZnO纳米棒变形、提高其光催化性能的机理。以5wt%的Al2O3为原料、以叔丁醇溶液为溶剂,采用海藻酸钠离子凝胶法制备Al2O3直通孔陶瓷,所得样品具有小而密的气孔结构和高的比表面积,孔径分布在100-200μm,并且孔壁薄、强度高,横截面上孔结构高度有序... 

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 光催化技术概述
    1.3 ZnO的晶体结构和基本性质
    1.4 ZnO光催化剂载体
        1.4.1 载体的作用
        1.4.2 载体的分类
    1.5 负载型ZnO的制备方法
        1.5.1 水/溶剂热反应法
        1.5.2 溶胶-凝胶法
        1.5.3 化学气相沉积法(CVD)
        1.5.4 电化学生长法
    1.6 多孔陶瓷的制备方法
        1.6.1 有机泡沫浸渍法
        1.6.2 发泡法
        1.6.3 冷冻干燥法
        1.6.4 凝胶注模法
    1.7 压电光催化效应
    1.8 研究目的及意义
2 实验过程
    2.1 实验药品与仪器
        2.1.1 实验药品
        2.1.2 实验仪器
    2.2 实验方案
    2.3 实验过程和技术路线
        2.3.1 Al_2O_3直通孔陶瓷基体的制备
        2.3.2 ZnO NRs/Al_2O_3 直通孔陶瓷的制备
        2.3.3 Ag/ZnO NRs/Al_2O_3 直通孔陶瓷的制备
        2.3.4 ZnO NRs/ZrO2 泡沫陶瓷的制备
    2.4 结构表征与光催化性能评价
        2.4.1 X射线衍射仪(XRD)
        2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.4.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.4.4 体视显微镜
        2.4.5 能谱仪(EDS)
        2.4.6 光电流性能测试
        2.4.7 紫外分光光度计
        2.4.8 Al_2O_3直通孔陶瓷基体的性能评价
        2.4.9 光催化实验
3 ZnO NRs/Al_2O_3 直通孔陶瓷的制备及光催化性能研究
    3.1 Al_2O_3直通孔陶瓷的制备及性能研究
        3.1.1 直通孔的形成原理
        3.1.2 湿坯的孔结构和孔道
        3.1.3 干燥方式的影响
        3.1.4 烧结温度的影响
        3.1.5 固相含量的影响
        3.1.6 Al_2O_3直通孔陶瓷的烧结性
    3.2 ZnO NRs/Al_2O_3 直通孔陶瓷的制备及性能研究
        3.2.1 浸蘸不同次数ZnO籽晶溶液对ZnO NRs的影响
        3.2.2 ZnO NRs/Al_2O_3 直通孔陶瓷结构表征
        3.2.3 压电光催化性能
    3.3 Ag/ZnO NRs/Al_2O_3 直通孔陶瓷的制备及性能研究
        3.3.1 物相分析
        3.3.2 形貌分析
        3.3.3 压电光催化性能
        3.3.4 压电光催化机理分析
    3.4 本章小结
4 ZnO NRs/ZrO2 泡沫陶瓷的制备及光催化性能研究
    4.1 浸蘸不同次数ZnO籽晶溶液对ZnO NRs的影响
    4.2 ZnO NRs/ZrO2 泡沫陶瓷结构表征
    4.3 光电流分析
    4.4 压电光催化性能
    4.5 压电光催化机理分析
    4.6 不同载体对ZnO NRs压电光催化性能的影响
    4.7 本章小结
5 结论
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文与获得奖励



本文编号：3674209