多形貌ZnO与ZnO/石墨烯纳米材料的制备及光催化性能

摘要

氧化锌作为一种重要的宽禁带半导体材料，在光学、电学、生物以及化学等方面表现出很多优异的性能，但其作为光催化材料活性不强。本文将通过制备不同形貌ZnO以及ZnO/石墨烯复合材料来提高其光催化性能。
　　首先采用水热法通过正交实验制备 ZnO，得知影响形貌的实验因素主次是反应温度最强，反应时间和pH值次之，反应物浓度最弱。通过改变这些实验因素可以得到三种不同形貌（纳米球，纳米棒，纳米花）的氧化锌，同时深入分析了制备氧化锌纳米棒较为理想的实验条件为水热温度180℃、pH值11、水热时间10 h。并通过溶胶凝胶法制备得到不同于水热法制备的氧化锌纳米球。
　　通过XRD、SEM、UV-vis和荧光光谱对所制备的四种不同形貌的氧化锌样品进行测试表征，研究试样的结构形貌与性能。并以亚甲基蓝的降解效率来评价四种不同形貌的氧化锌样品的光催化活性。得知，球形的氧化锌纳米颗粒对亚甲基蓝的降解率最低，而氧化锌纳米花是四种形貌中降解能力最强的，并对其进行了机理分析。
　　采用 Hummers法制备氧化石墨烯并还原得到石墨烯。借助 XRD、TEM、FT-IR和Roman光谱对所制备的样品进行表征，通过对比氧化石墨烯和石墨烯的形貌结构，得知膨胀石墨经过深度氧化和还原后得到了片层较薄的石墨烯。
　　通过超声法将制备好的ZnO颗粒和石墨烯进行复合以制备 ZnO/石墨烯复合材料。通过XRD、TEM以及FT-IR等表征手段对其进行表征分析，得出氧化锌和石墨烯之间存在着相互吸引的作用。经光催化活性测试得知，ZnO/石墨烯的光催化活性（60.3％）较纯氧化锌的光催化活性（14.7％）提升了4倍有余。且当石墨烯占ZnO的质量百分比为15％时，ZnO/石墨烯复合材料的光催化活性最强。

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第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2 ZnO半导体研究进展

1.3石墨烯研究进展

1.4 ZnO半导体光催化机理

1.5本课题选题意义及研究内容

第2章 实验材料制备表征及测试方法

2.1实验原料及主要设备

2.2实验流程

2.3表征方法

第3章 不同形貌氧化锌的制备及其光催化性能分析

3.1正交实验结果与讨论

3.2不同形貌氧化锌的表征及生长机理分析

3.3氧化锌样品的光催化活性

3.4本章小结

第4章 氧化锌/石墨烯的制备及其光催化性能分析

4.1石墨烯的表征

4.2 ZnO/石墨烯制备

4.3 ZnO/石墨烯的光催化性能分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢