ZnO光催化性能調(diào)控方法的研究.pdf

1、ZnO是一種帶隙寬度為3.37eV的半導(dǎo)體光催化材料，它只在紫外區(qū)具有較強(qiáng)的光催化活性。因此，拓展ZnO的光響應(yīng)范圍，提升其光催化效率具有非常重要的意義。本研究主要基于調(diào)控ZnO能隙為思路，開展提升ZnO光催化效率的研究。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:
　　以乙酸鋅為原料、無水乙醇為溶劑，采用溶膠-凝膠法制備出前驅(qū)體。將前驅(qū)體在空氣中、550℃煅燒6h合成了ZnO。X射線衍射(XRD)分析表明ZnO呈六邊纖鋅礦結(jié)構(gòu)，場發(fā)射掃描電鏡(FE

2、SEM)及透射電鏡(HRTEM)分析表明ZnO呈類球狀形貌，粒徑約為150nm，晶面間距為0.249nm，N2吸附脫附等溫線分析表明ZnO試樣內(nèi)無孔存在，比表面積僅有4.57m2/g，紫外-可見漫反射吸收光譜(UV-vis)分析顯示ZnO的帶隙為3.35eV，光催化性能測試結(jié)果表明ZnO在70min內(nèi)對亞甲基藍(lán)的降解率僅為40％。
　　用溶膠-凝膠法制得ZnO前驅(qū)體，將它置于N2氣氛中煅燒，研究了不同煅燒溫度（500℃、550℃、

3、600℃和650℃）與時(shí)間（3h、4h、5h和6h）對燒成試樣性能的影響。結(jié)果表明，600℃煅燒5h合成ZnO試樣光催化性能最佳，試樣呈黑色（記為ZnO/C），有機(jī)元素分析測定表明試樣中C含量為4.79％。X射線衍射(XRD)分析表明ZnO為六邊纖鋅礦結(jié)構(gòu)，場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)觀察顯示ZnO呈六角纖維棒狀形貌，晶粒徑向尺寸約為80nm，軸向尺寸約為250nm，N2吸附脫附等溫線分析表明ZnO/C試樣的最可幾孔徑為42.5nm，屬

4、于中孔結(jié)構(gòu)，它的比表面積為44.62m2/g，紫外-可見漫反射吸收光譜(UV-vis)分析表明ZnO/C材料的帶隙為2.96eV，光催化性能測試結(jié)果表明ZnO/C在重復(fù)使用4次后，70min時(shí)亞甲基藍(lán)的降解率仍保持在95％。
　　用溶膠-凝膠法制得ZnO前驅(qū)體，將它置于CO氣氛中煅燒，研究了不同煅燒溫度（500℃、550℃、600℃和650℃）與時(shí)間（4h、5h、6h和7h）對燒成試樣性能的影響。結(jié)果表明，550℃煅燒6h合成的Z

5、nO具有最佳光催化性能，試樣呈黑色（記為ZnO/C），有機(jī)元素分析測定顯示試樣中C含量為4.80％，X射線衍射(XRD)分析表明ZnO為六邊纖鋅礦結(jié)構(gòu)，場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)和透射電鏡(HRTEM)觀察顯示ZnO呈底端部為六邊形，頭部呈子彈頭狀，徑向尺寸約為100nm，軸向尺寸約為300nm，晶面間距為0.252nm，N2吸附脫附等溫線分析表明ZnO/C的最可幾孔徑為38.7nm，屬于中孔結(jié)構(gòu)，它的比表面積為46.54m2/g。紫

6、外-可見漫反射吸收光譜(UV-vis)分析表明它的禁帶寬度為2.63eV，光催化性能測試結(jié)果表明了ZnO/C在連續(xù)重復(fù)使用5次后，70min時(shí)對亞甲基藍(lán)降解率仍保持在98％。
　　綜合分析認(rèn)為，本研究通過調(diào)節(jié)煅燒氣氛，制備出了晶粒尺寸、形貌，比表面積，孔徑大小以及晶面間距都不同的ZnO材料，其禁帶寬度亦隨煅燒氣氛的不同而不同，同在空氣中的煅燒相比，在N2中和在CO氣氛煅燒所得的ZnO材料禁帶寬度分別減小了0.39eV和0.72eV