超小石墨烯/锌铁氧体纳米复合材料的制备及其性能研究

摘要

环境污染是人类所面临日益严峻的全球性问题之一，尤其是水污染严峻挑战了人类的生存和社会的可持续发展。光催化具有常温反应、绿色能源、降解性强和净化彻底等优点，成为水污染处理的新兴技术。其中，光催化剂结构对光催化性能的影响至关重要，本论文以超小石墨烯为隔板，锌铁氧体为光催化剂，合成具有三维网状碳包覆的锌铁氧体。通过XRD、SEM、TEM、BET等测试方法对材料的微观结构进行表征，并对其光催化性能进行测试，详细地对其制备-微观结构-性能之间的关系进行了研究，具体结论如下：
　　首先，通过微波加热-高温煅烧法分别合成ZnFe2O4-500和G-ZnFe2O4-500，研究发现USGO和ZnFe2O4具有协同作用。SEM和TEM的微观形貌表明ZnFe2O4-500晶粒为50 nm的无规则球状结构，而G-ZnFe2O4-500为20 nm方形晶粒结构。同时G-ZnFe2O4-500的光催化降解速率大大调高，说明超小石墨烯的复合能提高ZnFe2O4的光催化能力。
　　其次，本文对比了煅烧温度对ZnFe2O4和G-ZnFe2O4的微观结构及光催化性能的影响，发现ZnFe2O4晶粒随煅烧温度升高，各向同性生长，比表面积、晶粒尺寸和光催化性能均有明显降低，而G-ZnFe2O4晶粒延311晶面定向生长，尺寸没有明显增大，光催化性能随温度升高而升高，在500℃时达到最佳值。说明在高温情况下 USGO形成的三维导电网状结构具有空间束缚功能，能有效限制ZnFe2O4晶粒的增大并控制其形貌，同时能提高ZnFe2O4的导电性。
　　最后，本文研究了石墨烯尺寸对ZnFe2O4晶粒的微观结构及光催化性能的影响，分别比较了 GO-ZnFe2O4、G-ZnFe2O4和 G-GO-ZnFe2O4三种材料的微观形貌和光催化性能，其中G-GO-ZnFe2O4是以GO为模板，以USGO为隔板合成的三相复合材料，其晶粒尺寸为10 nm，吸附能力和光催化能力均提高。此外，实验证明G-ZnFe2O4晶粒随石墨烯尺寸的增大而变大。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2光催化剂的研究进展

1.3 碳材料在光催化领域的应用

1.4 超小石墨烯

1.5 本论文选题思路及主要研究内容

第2章 实验方法及原理

2.1 实验试剂

2.2 实验仪器

2.3 实验制备方法

2.4 测试表征方法

2.5 本章小节

第3章 超小石墨烯/锌铁氧体复合材料的微观结构

3.1 引言

3.2 结果与讨论

3.3 本章小节

第4章 煅烧温度对超小石墨烯/锌铁氧体的微观结构及光催化性能的影响

4.1 引言

4.2 结果与讨论

4.3 本章小节

第5章 石墨烯尺寸对超小石墨烯/锌铁氧体的微观结构及光催化性能的影响

5.1 引言

5.2 结果与讨论

5.3 本章小节

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢