多級(jí)結(jié)構(gòu)過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合納米材料的制備及其催化性能研究.pdf

1、采用無(wú)模板、無(wú)表面活性劑的水熱法，制備了一種具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的堿式碳酸鋅納米材料，通過(guò)過(guò)渡金屬對(duì)其修飾改性得到一系列不同功能化的多級(jí)結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料，采用XRD、FT-IR、TG-DTA、ICP、SEM/TEM/HRTEM、BET、XPS和UV-visDRS等方法表征了材料的結(jié)構(gòu)與物化性能，并對(duì)其在光催化和工業(yè)催化領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探索性研究。本論文包括以下主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn):
　　 (1)以尿素為沉淀劑、硝酸鋅為鋅源，通過(guò)水熱法合成出

2、～16μm六角狀三維花樣多級(jí)層狀結(jié)構(gòu)堿式碳酸鋅(BZC)，其組成單元為長(zhǎng)8μm、寬4μm、厚20nm的層片。不同溫度焙燒BZC得到孔徑為10-20nm的多級(jí)介孔結(jié)構(gòu)ZnO，以氯金酸為金源，通過(guò)沉積-沉淀法得到金修飾的多級(jí)結(jié)構(gòu)介孔ZnO(Au-ZnO)。Au-ZnO保持了ZnO原有的多級(jí)介孔結(jié)構(gòu)，約7-8nm的金顆粒均勻分散在ZnO顆粒間隙中。以甲基橙(MO)光催化降解為探針，發(fā)現(xiàn)Au-ZnO的光催化效果較介孔ZnO顯著提升，且隨著Au含

3、量的增加光催化效率呈遞增趨勢(shì)。10％Au-ZnO的光降解速率常數(shù)k為1.2×10-2min-1，比介孔ZnO提高一倍。這是由于Au顆粒與ZnO相互作用形成了異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元，限制了光生電子與空穴的復(fù)合，從而提高了光催化活性。
　　 (2)采用部分Cu取代Zn，合成出8-12μm花樣銅摻雜多級(jí)結(jié)構(gòu)堿式碳酸鋅(Cu-x-BZC)，其組成層片長(zhǎng)寬(1-2μm)較BZC小、厚度較大(20-60nm)，且隨著Cu含量的增加層片表面更加平整，層

4、片之間的堆積更加緊密。SEM-mapping結(jié)果表明，Cu原子分散均勻。XPS分析揭示出樣品表面存在Cu-O-Zn連接，說(shuō)明Cu部分取代層板Zn原子以原子級(jí)分散于復(fù)合物中。隨著Cu含量的增加，Cu-x-BZC催化苯酚羥化活性逐漸提高，選擇性逐漸增大。其中Cu-20-BZC的轉(zhuǎn)化率為38.9％，遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)報(bào)道的CuMgAl-LDH(24.7％)?？蓺w因于復(fù)合材料中活性中心銅的原子級(jí)高分散以及Zn-O-Cu連接，致使部分Cu(Ⅱ)更傾向生成

5、過(guò)渡態(tài)具有強(qiáng)氧化還原性的Cu(Ⅰ)物種，促進(jìn)了H2O2分解生成羥基自由基過(guò)程，從而提高了苯酚羥基化催化活性。
　　 (3)以硝酸鋅和四氯化鈦為原料，采用一步尿素水熱法于100-120℃晶化制備出多級(jí)層狀結(jié)構(gòu)堿式碳酸鋅(BZC)負(fù)載TiO2復(fù)合半導(dǎo)體雜化材料。約10-20nm的銳鈦礦TiO2粒子較均勻的分散在微米級(jí)BZC層板及間隙中。該TiO2-BZC復(fù)合材料較同一樣品較高溫度(130，150℃)晶化得到的只含TiO2單一晶相產(chǎn)物