ZnO/NaTaO纳米复合物的制备及其光催化性能研究

摘要

作为新兴的技术-光催化在治理有机污染物方面的应用日益受到人们的重视。人们希望找到电荷分离效率高，光响应范围较宽，能充分吸收利用太阳光且光催化效率较高的光催化剂。本文利用水热法制备出不同比例的复合催化剂，对其微结构特征、光吸收性质、光催化特性等进行了系统研究，并研究了制备条件，如制备温度、制备时间、煅烧温度及催化剂的用量等对复合催化剂的微结构特征、光吸收性质、光催化特性等的影响，为异相光催化技术进一步实用化提供了理论依据。
　　 以Ta2O5、Zn（NO3）2·6H2O和NaOH为起始原料，通过水热法合成了ZnO、NaTaO3及摩尔比分别为1:2、1:1、2:1、3:1、5:1的ZnO/NaTaO3复合物，XRD分析结果表明，所合成的ZnO为六方晶相，NaTaO3为正交相，复合对NaTaO3和ZnO的晶体结构没有影响，复合后样品衍射峰强度降低，说明复合相互影响其结晶度，粒径大小；SEM结果表明，ZnO为椭圆状片状，NaTaO3和为立方形状，复合后结晶度降低，平均粒径变小，复合物无定形状；EDS结果表明复合后组成复合物的元素分布均匀，说明复合很均匀，没有其它杂质；FT-IR结果表明，有钽酸根的特征峰和Zn-O的特征峰，复合比例影响其特征峰强度；UV-Vis结果表明，NaTaO3吸收带边的红移及ZnO吸收带边的蓝移，说明因为组成复合物的两种物质之间作用引起宽带隙NaTaO3的价带和导带向内弯曲，而窄带隙
　　 ZnO的价带和导带向外弯曲，证明ZnO和NaTaO3是复合而不是简单的混合；光降解亚甲基蓝实验表明，紫外光照下纯氧化锌的降解效果最好，降解30min时降解率达到99.2％，复合物的降解效果都比纯NaTaO3的好；可见光照下ZnO/NaTaO3（摩尔比3:1）的降解效果最好，降解9h后降解率达到了64.5％。
　　 制备温度、制备时间、煅烧温度对催化剂的形貌、结晶度、粒径大小以及吸收光带边对光催化活性有影响，而对晶型无影响，随着制备温度的降低催化活性提高，在100℃下，不同反应时间制备的ZnO/NaTaO3（摩尔比3:1）样品中，反应时间为10h时得到的样品，其降解效果是最好的；煅烧温度600℃以下时，随着煅烧温度的升高，催化活性逐渐降低，600℃以上温度烧时催化活性变化不大；催化剂用量可影响光催化反应效率，且存在一个最优点；制备条件为10h、100℃的ZnO/NaTaO3（摩尔比3:1）复合物对亚甲基蓝溶液（浓度为10ppm）的催化活性最好，可见光降解18h时降解率达到了91％。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 半导体光催化技术的基本原理

1.3 影响光催化剂性能的因素

1.3.1 晶粒尺寸

1.3.2 比表面积

1.3.3 晶型结构

1.3.4 能带位置

1.3.5 外加场效应

1.3.6 催化反应的工艺条件

1.4 纳米光催化剂的制备方法

1.4.1 气相法

1.4.2 固相法

1.4.3 液相法

1.5 半导体可见光催化的实现方法

1.6 本课题的研究背景、立题依据和研究内容

1.6.1 研究背景和立题依据

1.6.2 研究内容

第二章 实验材料及其实验方法

2.1 实验材料及仪器设备

2.1.1 主要化学试剂

2.1.2 主要实验仪器

2.2 样品的表征方法

2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)和能量散射光谱(EDS)

2.2.2 X射线粉末衍射(XRD)

2.2.3 红外光谱(FT—IR)

2.2.4 紫外—可见漫反射光谱(UV—vis)

2.2.5 光催化剂活性性能测试

第三章 NaTaO3、ZnO及ZnO/NaTaO3复合催化剂的制备及表征

3.1 引言

3.2．纳米NaTaO3、ZnO及不同比例纳米ZnO/NaTaO3复合材料的制备

3.2.1 纳米NaTaO3的制备

3.2.2 纳米ZnO的制备

3.2.3 不同比例纳米ZnO/NaTaO3复合物的制备

3.3 结果与讨论

3.3.1 样品的物相及形貌分析

3.3.2 红外光谱分析(FT—IR)

3.3.3 紫外—可见漫反射光谱(UV—VIS)分析

3.3.4 光催化活性分析

3.3.5 ZnO/NaTaO3复合催化剂的光催化降解机理

3.4 本章小结

第四章 制备条件对催化剂活性影响研究

4.1 引言

4.2 反应温度对催化剂活性的影响

4.2.1 不同温度下制备ZnO/NaTaO3(3：1)纳米复合物

4.2.2 样品的物相分析

4.2.3 红外光谱分析(FT—IR)

4.2.4 紫外—可见漫反射光谱(UV—vis)分析

4.2.5 光催化活性分析

4.3 反应时间对催化剂活性的影响

4.3.1 制备不同反应时间下ZnO/NaTaO3(3：1)纳米复合物

4.3.2 样品的物相分析

4.3.3 红外光谱分析(FT—IR)

4.3.4 紫外—可见漫反射光谱(UV—vis)分析

4.3.5 光催化活性分析

4.4 煅烧处理温度对催化剂活性的影响

4.4.1 ZnO/NaTaO3(3：1)复合物的煅烧处理

4.4.2 样品的物相及形貌分析

4.4.3 紫外—可见漫反射光谱(UV—vis)分析

4.4.4 光催化活性分析

4.5 催化剂的用量对降解效果的影响

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 本研究的不足和进一步研究的展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文情况