ZnSe/ZnO复合材料的制备及光催化性能研究

摘要

环境污染和能源危机是人们亟待解决的两大课题。光催化技术具有反应条件温和、可减少二次污染、效率高、能耗低等优点，以ZnO、TiO2等半导体氧化物为代表的光催化材料越来越引起人们的重视。本论文研究了ZnSe/ZnO复合材料的制备及其光催化性能。 采用化学腐蚀法制备纳米ZnO，应用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman Spectra)对其进行了表征，并以甲基橙、酸性蓝1和罗丹明B为降解对象，考察了ZnO纳米材料对染料的可见光催化降解性能。结果表明，H2SO4的浓度可以影响生成的ZnO的结构。1.67mol/L和1.15mol/L H2SO4水溶液腐蚀3min在锌基体上得到花瓣状的纳米片，而3.07mol/L H2SO4水溶液腐蚀得到ZnO纳米颗粒。相对于ZnO纳米颗粒，花瓣状的ZnO纳米材料在降解甲基橙反应中表现有更高的降解效率。ZnO纳米片在降解甲基橙和酸性蓝方面具有不错的降解效率，在可见光下降解甲基橙90min，甲基橙几乎完全降解。然而制备的ZnO具有较差的光稳定性。第二次循环的的降解效率降低到40％，五次循环之后几乎不具备任何光催化活性。 同时，采用电化学方法制备了纳米ZnO，应用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)对其进行表征，同时考察了沉积电位和沉积时间对ZnO纳米材料的结构及其光催化性能的影响。结果表明，不同电极可以影响生成的ZnO的结构及其光催化性能。相同的条件下，阳极氧化得到颗粒状ZnO纳米材料，而阴极沉积得到剑状的ZnO纳米材料。阴极沉积得到的剑状ZnO纳米材料3h对甲基橙的可见光催化效率为60％，而氧化时间是1.5h、氧化电位是10V下氧化得到的颗粒状ZnO纳米材料的光催化降解能力最强，4h对甲基橙的紫外光催化降解效率为90％。 另外，采用电化学沉积法在不同基体上制备了ZnSe薄膜，应用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman Spectra)进行表征，并考察了基体、沉积电位、沉积时间等因素对薄膜成分及其结构的影响，及其光催化性能。结果表明，基体对沉积的物相成分和形貌有较大的影响。Zn基体比Cu基体更有利于ZnSe的形成。不同沉积电位下制备的ZnSe，其光催化降解甲基橙的性能有较大的区别。在-0.6V下恒电位沉积2h得到的ZnSe薄膜降解效率最高，降解效率达到90％，并分析了影响其光催化性能的主要因素。 结合化学腐蚀和电沉积法制备ZnSe/ZnO复合纳米材料。应用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)对复合光催化剂的结构进行表征，并考察了其光催化性能。结果表明，ZnSe/ZnO复合纳米材料具有很好的光催化性能，其对甲基橙的可见光降解，在80分钟时降解效率达到95％。ZnSe/ZnO复合结构有助于光生电子和空穴对的分离，降低其复合机率，从而具有较高的光催化效率。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1光催化材料的概述

1．2光催化材料的应用

1．2．1光催化材料在空气净化方面的应用

1．2．2光催化材料在废水处理方面的应用

1．3光催化材料的分类

1．4光催化反应机理

1．5 ZnSe，ZnO及ZnSe／ZnO复合材料的研究进展

1．6课题的研究内容

第2章ZnO纳米材料的制备及其光催化性能

2．1主要实验试剂与仪器

2．2实验方法

2．2．1 ZnO纳米材料的制备

2．2．2 ZnO纳米材料的结构表征

2．2．3 ZnO的可见光催化性能测定

2．3结果与讨论

2．3．1 ZnO的结构表征

2．3．2 ZnO可见光催化性能分析

2．4小结

第3章ZnSe薄膜的电沉积及其光催化性能研究

3．1主要实验试剂与仪器

3．2实验方法

3．2．1 ZnSe薄膜的制备

3．2．2硒化锌的结构表征

3．2．3ZnSe薄膜的光催化性能测试

3．3结果与讨论

3．3．1铜电极上的循环伏安曲线和沉积产物的XRD表征

3．3．2锌电极恒电位沉积的ZnSe薄膜的结构表征

3．3．3恒电位沉积的ZnSe薄膜光催化性能研究

3．4小结

第4章ZnSe／ZnO复合材料的制备及其光催化性能研究

4．1主要实验试剂与仪器

4．2实验方法

4．2．1ZnSe／ZnO纳米材料的制备

4．2．2ZnSe／ZnO纳米材料的结构表征

4．2．3 ZnSe／ZnO复合纳米材料的可见光催化性能测定

4．3不同沉积时间得到的ZnSe／ZnO复合纳米材料

4．3．1 ZnSe／ZnO的结构表征

4．3．2不同沉积时间对ZnSe／ZnO复合纳米材料的光催化性能影响

4．4不同沉积电位得到的ZnSe／ZnO复合纳米材料

4．4．1 ZnSe／ZnO的结构表征

4．4．2不同沉积电位对ZnSe／ZnO复合纳米材料的光催化性能影响

4．4．3-1 V下不同时间得到的ZnSe／ZnO复合纳米材料的光催化性能

4．7小结

第5章结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表学术论文