纳米ZnO和Fe/ZnO的合成及光催化降解性能的研究

摘要

当今世界重大课题之一--环境保护，已越来越引起世界各国人们的重视。其中研究的热点之一是利用半导体材料作为光催化剂光催化氧化处理有机污染物。ZnO是纤锌矿结构的直接带隙半导体材料，室温下的禁带宽度3.37eV，束缚激子能为60meV，易被激发。具有化学稳定性高、对人体无害、廉价，且具有较深的价带能级等特点，已成为半导体光催化研究领域中应用最广泛的一种新型环保材料。 本文采用柠檬酸辅助溶胶.凝胶法合成了ZnO纳米晶，并对样品进行了XRD、SEM、TG-DSC、紫外漫反射表征。结果表明：用溶胶-凝胶法合成的ZnO是由平均粒径为60nm的纳米球组成的蓬松多孔的网状结构，该结构特性大大增加了ZnO的光催化活性。在紫外灯照射光催化降解亚甲基蓝实验中，纳米ZnO的光催化活性很高，明显优于一般商业催化剂P25。并分析了不同反应条件对纳米ZnO的光催化性能的影响。 同时采用水热法制备了不同比例Fe掺杂ZnO1-D一维复合材料，用x射线衍射、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱仪对所合成材料结构、形貌及紫外可见漫反射吸收性能进行了表征，并对Fe掺杂ZnO光催化剂降解亚甲基蓝进行了考察。实验结果表明：随着铁的含量的增加，其紫外可见漫反射吸收边向可见光区域移动。其光催化性能明显优于纯ZnO的光催化性能。并讨论了不同比例的铁掺杂复合材料光催化活性的变化。 由于ZnO是多功能性材料，因此在前面工作的基础上，我还拓展采用水热法合成了纳米ZnO-Fe2O3复合产物，对其结构和形貌进行了一系列的表征，并研究了材料对近紫外光的吸收性能。讨论了不同反应条件如反应温度、时间、pH值及反应物不同配比对紫外可见吸收波谱的影响。通过实验得出紫外可见吸收性能最佳的纳米ZnO-Fe2O3复合材料，其紫外可见吸收峰得到了明显的增强和拓宽。此纳米ZnO-Fe2O3复合产物可用于光催化降解有机物、油漆、涂料等。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1纳米材料简介

1.2纳米ZnO的结构特点

1.3纳米ZnO的制备方法

1.3.1物理法

1.3.2化学法

1.4纳米ZnO的性能与应用

1.5氧化锌光催化降解有机物

1.5.1氧化锌半导体光催化降解有机物的机理

1.5.2改进氧化锌光催化性能的方法

1.6本论文的选题思想和主要内容

参考文献

第二章 Sol-gel法合成纳米ZnO及其光催化降解性能

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验药品和仪器

2.2.2纳米ZnO的合成

2.2.3样品的表征

2.3表征结果讨论

2.3.1前驱体的热失重分析

2.3.2 XRD分析

2.3.3 SEM表征

2.3.4紫外-可见漫反射光谱分析

2.4纳米ZnO光催化活性测试

2.4.1光催化实验

2.4.2光催化结果与讨论

2.5本章小结

参考文献

第三章水热合成ZnO与Fe/ZnO复合材科及其光催化活性研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验药品和仪器

3.2.2纳米ZnO的合成

3.2.3铁掺杂ZnO的合成

3.2.4样品的表征

3.3表征结果讨论

3.3.1 XRD结构

3.3.2 SEM表征

3.3.3紫外-可见漫反射光谱分析

3.4光催化活性实验

3.4.1光催化实验

3.4.2光催化结果与讨论

3.5本章小结

参考文献

第四章 水热合成纳米ZnO-Fe2O3复合材料及其光吸收性能

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验药品和仪器

4.2.2纳米ZnO-Fe2O3材料的合成

4.2.3样晶的表征

4.3结果与讨论

4.3.1 XRD结构

4.3.2 SEM图像分析

4.3.3紫外吸收性能分析

4.4不同反应条件对复合产物紫外吸收性能影响

4.4.1反应温度的影响

4.4.2反应时间的影响

4.4.3反应pH值的影响

4.4.4物料不同配比的影响

4.5本章小结

参考文献

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2工作展望

附录：攻读硕士期间已发表及待发表的论文

致谢