氮摻雜ZnO、ZnO-Ag納米材料的制備、光催化性能及第一性原理計算.pdf

1、本文采用液相沉淀法，以ZnSO4、AgNO3為原材料，NH4HCO3為沉淀劑，分別制備出納米ZnO及ZnO/Ag復(fù)合納米材料前驅(qū)體，經(jīng)煅燒后分別得到納米ZnO和ZnO/Ag復(fù)合納米材料。在此基礎(chǔ)上，對上述所得納米材料進(jìn)行了N摻雜修飾改性研究。采用透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線衍射儀(XRD)、元素分析等表征手段對產(chǎn)物的微觀形貌、物相以及摻N量等進(jìn)行了表征。系統(tǒng)研究了N摻雜工藝對納米ZnO及ZnO/Ag復(fù)合納米材料的光催化性能的影響規(guī)

2、律，探索出納米ZnO及ZnO/Ag復(fù)合納米材料的優(yōu)選N摻雜工藝。應(yīng)用FULLPROF軟件對N摻雜改性后的納米粉體的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了Rietveld結(jié)構(gòu)精修，并采用基于密度泛函理論的CASTEP軟件計算了N摻雜改性前后ZnO的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度，探討了N摻雜對其光催化性能影響的基本原因。主要內(nèi)容如下：
　　 (1)采用等離子活性屏法，分別在350℃、400℃、450℃下制備了N摻雜ZnO納米材料，并對其進(jìn)行了表征和光催化性能研究。結(jié)果

3、表明：在模擬日光下，N摻雜ZnO納米材料具有較高的光催化性能。其中在400℃下制備的N摻雜ZnO納米材料的光催化活性最高，氙燈照射6h后，其對甲基橙溶液降解率為83.18％；經(jīng)等離子摻雜后的產(chǎn)物仍為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的納米ZnO晶體，未有新相生成，粒徑大約為20nm左右。
　　 采用氣氛滲氮法，系統(tǒng)研究了不同溫度(370℃、380℃、390℃、400℃)，不同原料質(zhì)量比(m(ZnO)：m(C3H6N6)=1:1、1:1.5、1:2、

4、1:2.5、1:3)對N摻雜ZnO納米材料的光催化性能的影響規(guī)律，并對其形貌、物相等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，N摻雜改性ZnO納米材料的優(yōu)選條件為：氣氛滲氮溫度為380℃，原料配比為m(ZnO)：m(C3H6N6)=1:2。在此優(yōu)選條件下所制備的N摻雜ZnO納米材料的平均粒徑為25nm，N含量為3.84％，且只存在具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO晶體，未產(chǎn)生新相，這表明N只是部分取代了O的位置；N摻雜改性后的納米ZnO光催化降解甲基橙6h后，其降

5、解率可達(dá)到85.36％。
　　 (2)采用氣氛滲氮法，系統(tǒng)研究了不同溫度(360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、410℃)，不同原料質(zhì)量比(m(ZnO/Ag)：m(C3H6N6)=1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3)對N摻雜ZnO/Ag復(fù)合納米材料的光催化性能的影響規(guī)律，并對其形貌、物相等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：N摻雜改性ZnO/Ag復(fù)合納米材料的優(yōu)選條件為：氣氛滲氮溫度為390℃，原料配比為m(ZnO/A

6、g)：m(C3H6N6)=1:2。在此優(yōu)選條件下所制備的N摻雜ZnO/Ag復(fù)合納米材料的平均粒徑為25nm，N含量為9.97％，且具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO晶體及金屬Ag，未生成新相，這表明N只是部分取代了ZnO中O的位置；Rietveld結(jié)構(gòu)精修表明，ZnO、Ag超晶胞變化很?。籒摻雜改性后的ZnO/Ag復(fù)合納米材料光催化降解甲基橙2h后，其降解率可達(dá)到99.97％。
　　 (3)采用以密度泛函理論為基礎(chǔ)的CASTEP軟件計算