氧化鋅基異質納-微米結構光催化劑的可控制備及其性能研究.pdf

1、半導體光催化劑能夠利用光能降解有機污染物，因而其在污水處理等環(huán)保領域的應用引起了人們的廣泛關注。寬禁帶半導體ZnO因為具有高氧化還原電勢、優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、成本廉價和無毒性等優(yōu)點，成為了目前研究最為廣泛的光催化劑之一。但是，純ZnO在實際生產中的應用卻因為其內部光生載流子復合快，對可見光響應能力差，且易于光腐蝕而受到限制。通過構筑金屬離子、金屬氧化物或有機分子等電子清除劑改性的ZnO基異質結構或復合材料可以改善光生電子-空穴對的分離并提

2、高ZnO的光穩(wěn)定性，最終使ZnO的光催化性能得到提高，本文緒論部分對此進行了綜述。本論文的研究重點集中于ZnO基異質納/微米結構光催化劑的可控合成及其光催化活性研究。同時，利用光電流瞬態(tài)響應譜和電化學阻抗譜對光催化劑的光電性能進行了研究，以揭示不同改性組分對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系。本論文的主要研究內容如下:
　　1、鎳摻雜氧化鋅分級納米結構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。根據光電流瞬態(tài)響應譜和電化學阻抗譜的結果可知，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。實驗也發(fā)現，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為含有一定量的暴露極性面且比表面積較大，所以光催化降解效率最高。后續(xù)實驗也考察了在該

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，所得異質結構的光吸收明顯紅移到了可見光區(qū)。光催化實驗表明，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)響應譜和電化學阻抗譜表明，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構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)核殼結構納米棒。研究結果顯示，葡萄糖碳質化在Ni-ZnO納米棒表面進行，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控碳層厚度從2.5