氧化鋅基異質(zhì)納-微米結(jié)構(gòu)光催化劑的可控制備及其性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化劑能夠利用光能降解有機(jī)污染物，因而其在污水處理等環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。寬禁帶半導(dǎo)體ZnO因?yàn)榫哂懈哐趸€原電勢(shì)、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、成本廉價(jià)和無毒性等優(yōu)點(diǎn)，成為了目前研究最為廣泛的光催化劑之一。但是，純ZnO在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用卻因?yàn)槠鋬?nèi)部光生載流子復(fù)合快，對(duì)可見光響應(yīng)能力差，且易于光腐蝕而受到限制。通過構(gòu)筑金屬離子、金屬氧化物或有機(jī)分子等電子清除劑改性的ZnO基異質(zhì)結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料可以改善光生電子-空穴對(duì)的分離并提

2、高ZnO的光穩(wěn)定性，最終使ZnO的光催化性能得到提高，本文緒論部分對(duì)此進(jìn)行了綜述。本論文的研究重點(diǎn)集中于ZnO基異質(zhì)納/微米結(jié)構(gòu)光催化劑的可控合成及其光催化活性研究。同時(shí)，利用光電流瞬態(tài)響應(yīng)譜和電化學(xué)阻抗譜對(duì)光催化劑的光電性能進(jìn)行了研究，以揭示不同改性組分對(duì)光生電荷行為的影響，并討論了其光電性能與光催化活性直接的關(guān)系。本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1、鎳摻雜氧化鋅分級(jí)納米結(jié)構(gòu)的可控制備及其光催化性能
　　采用溶劑熱法在不同

3、溶劑中制備了一系列鎳摻雜氧化鋅(Ni-ZnO)納米光催化材料。光催化結(jié)果表明，Ni2+摻雜將ZnO的光吸收范圍拓展至可見光區(qū)，在可見光照下的催化活性增強(qiáng)。根據(jù)光電流瞬態(tài)響應(yīng)譜和電化學(xué)阻抗譜的結(jié)果可知，高的光降解效率是由于Ni摻入ZnO后提高了催化劑的光生電荷載流子的分離和傳輸效率。實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，在乙二醇-水(v/v，1∶1)混合溶劑中得到的六棱柱基多面體因?yàn)楹幸欢康谋┞稑O性面且比表面積較大，所以光催化降解效率最高。后續(xù)實(shí)驗(yàn)也考察了在該

4、乙二醇-水混合溶劑體系中不同Ni2+摻雜濃度對(duì)Ni-ZnO光催化活性的影響。
　　2、α-Fe2O3納米粒修飾ZnO納米棒自組裝空心微球復(fù)合物的制備及其光催化性能
　　采用丙酮輔助浸漬沉積及后續(xù)高溫煅燒的方法成功地將α-Fe2O3納米粒子均勻的修飾到ZnO納米棒自組裝空心微球表面及納米棒縫隙之中，所得異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光吸收明顯紅移到了可見光區(qū)。光催化實(shí)驗(yàn)表明，400℃下煅燒得到的7.5 wt％α-Fe2O3/ZnO(FZ-3)光催

5、化劑在可見光下降解羅丹明B(Rh B)的光催化活性最高。光電流瞬態(tài)響應(yīng)譜和電化學(xué)阻抗譜表明，ZnO與α-Fe2O3耦合后能夠提高其光生載流子分離及傳輸能力。
　　3、碳包覆的鎳摻雜氧化鋅核殼結(jié)構(gòu)納米棒的可控制備及其光催化性能
　　通過兩步溶劑熱法制備了碳包覆鎳摻雜氧化鋅(NZO@C)核殼結(jié)構(gòu)納米棒。研究結(jié)果顯示，葡萄糖碳質(zhì)化在Ni-ZnO納米棒表面進(jìn)行，并在其表面形成無定型碳層包覆。改變葡萄糖的加入量即可調(diào)控碳層厚度從2.5