氧化锌基光催化材料的设计合成及性能研究

摘要

基于氧化锌优异的物理化学性质以及纳米复合体材料的独特优势，本论文设计合成了几种氧化锌基复合材料，并对其结构和性能之间的关系进行研究。采用液相原位生长方法，合成了氧化锌/石墨烯复合体，发展了原位氧化方法构筑了银/溴化银氧化锌三元复合太阳光催化材料，并采用前驱体方法合成了氧化锌/多孔碳复合体。结合XRD、SEM、TEM、TG、IR等多种手段对材料的结构进行表征，并探讨复合体组分、结构对光催化性能影响的规律。 论文主要研究内容如下: 1发展了液相原位生长方法制备氧化锌/石墨烯复合体的新方法。石墨烯具有大的比表面积、好的导电性，在氧化锌中引入石墨烯改善氧化锌的光催化性能。本节以含锌的配合物前驱体(Zn-EG)为锌源、氧化石墨为碳源，利用溶剂热法成功制备了氧化锌/石墨烯复合体。通过改变锌源和溶剂的种类以及原料的比例，可实现对产物结构、形态的调控，进而改善材料的光催化性能，并探讨产品形态结构域及光催化性能的关系。 2采用原位氧化方法构筑了银/溴化银氧化锌三元复合太阳光催化材料。由于Ag纳米粒子的等离子共振，AgBr的光敏化能力，ZnO的紫外光响应，三者的共同作用使复合体对紫外光和可见光都具有强吸收，因而具有很好的太阳光催化活性。首先利用一锅法合成了银颗粒/氧化锌球二元复合体，再采用溴水原位氧化二元复合体方法成功制备了银/溴化银/氧化锌三元复合体。在实验过程中，使用的溴水即是氧化剂也作为溴源，从而使二元复合体一步转换为银/溴化银/氧化锌三元复合体。通过调变合成过程中溴水的添加量，可调节产物中银、溴化银的含量，进而调节其太阳光催化性能。 3采用前驱体方法合成了氧化锌/多孔碳复合体。多孔碳的大比表面积有利于光催化过程中染料的吸附，从而改善半导体材料的光催化性能。利用片状含锌配合物为前驱体，先在氮气氛围下焙烧然后空气下焙烧，制备了氧化锌/多孔碳复合体。实验中通过调节反应参数制备一系列不同碳/氧化锌比例的复合体，并研究复合体光催化性能与碳含量间的关系。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 光催化作用原理

1．2 光催化剂的种类

1．3 氧化锌简介

1．4 氧化锌的光催化性能

1．5 氧化锌光催化活性的影响因素

1．5．1 光催化剂

1．5．2 工艺条件的影响

1．6 提高氧化锌光催化活性的途径

1．6．1 复合半导体法

1．6．2 贵金属沉积法

1．6．3 表面光敏化

1．6．4 掺杂法

1．7 本论文研究的目的和意义

1．8 研究课题来源

1．9 本论文的研究思路和研究内容

第2章 实验材料和表征方法

2．1 实验试剂

2．2 实验仪器

2．3 表征方法

2．3．1 广角X射线粉体衍射(XRD)

2．3．2 拉曼光谱(Raman spectroscopy)

2．3．3 热重分析仪(TG-DSC)

2．3．4 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)

2．3．5 紫外-可见光谱(UV-vis spectroscopy)

2．3．6 N2吸附-脱附等温线的测定(BET)

2．3．7 X射线光电子能谱(XPS)

2．3．8 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．9 透射电子显微镜(TEM)

2．4 光催化性能测试

第3章 简单一步法合成氧化锌／石墨烯复合材料

3．1 引言

3．2 实验部分

3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

第4章 银／溴化银／氧化锌三元复合太阳光催化材料

4．1 引言

4．2 实验部分

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

第5章 前驱体路线合成氧化锌／多孔碳复合体

5．1 引言

5．2 实验部分

5．3 结果与讨论

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文

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