ZnO和Ag/ZnO微纳米结构的制备及其光催化性能研究

摘要

氧化锌(ZnO)是一种新型的宽禁带直带隙n型半导体材料，它的室温禁带宽度为3.37 eV，激子激活能为60 meV，并且具有较强的自由激子跃迁发光特性，在发光器件、太阳能电池、抗菌、传感器、催化等方面得到广泛地应用，而作为光催化剂因其活性高、价格低廉、环保等特点在污水处理方面引起人们越来越多的重视。但是，氧化锌的光催化活性以及对太阳光的利用率仍不够理想。因此，本文以ZnO为研究主体，以提高其光催化性能为研究目的，以不同形貌氧化锌基复合材料的制备及其光催化性能的研究为主要内容，具体如下:
　　(1)采用水热法，以醋酸锌为原料，三乙醇胺(TEA)为沉淀剂制备氧化锌微米球。系统讨论了H2O与TEA体积比，反应温度对样品形貌的影响。并通过对生长过程的研究，分析了氧化锌微米球的成形机理。最后，通过降解亚甲基蓝实验比较了样品的光催化活性，发现制备的氧化锌微米球光催化活性是商用氧化锌的2倍左右。
　　(2)采用水热法，以Zn(Ac)2·2H2O为原料，Na2O2为沉淀剂通过调节反应物的比例制备出纺锤体状ZnO和花状ZnO结构。系统研究了形貌对光学性能的影响，并通过对其生长过程的研究，分析了两种形貌氧化锌的成形机理。最后，通过降解亚甲基蓝实验比较了两样品的光催化活性，分析了形貌对光催化活性的影响。结果显示，花状ZnO的光催化活性比纺锤体状ZnO更高。
　　(3)在制备的三种形貌ZnO的基础上，采用微波辅助多元醇法，制备了不同形貌Ag/ZnO样品，测试结果显示所制备的Ag/ZnO样品由纤锌矿结构的ZnO和面心立方结构的Ag构成，对紫外和可见光均有较强的吸收，较Ag和ZnO相比，吸收峰变宽且发生了红移。最后研究了形貌对Ag/ZnO复合材料光催化性能的影响，结果显示光催化活性的顺序依次为:花状Ag/ZnO＞纺锤体体状Ag/ZnO＞球状Ag/ZnO。
　　(4)在制备的球状Ag/ZnO复合材料中，随着Ag含量的增加，Ag/ZnO荧光光谱强度先减弱后增强;与球状ZnO相比，球状Ag/ZnO光催化活性明显提高，AgNO3浓度为0.05 M时制得的Ag/ZnO光催化活性最高。由于ZnO表面的Ag可以减少光生电子-空穴对复合，从而提高了ZnO的光催化效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 半导体光催化机理

1．3 半导体光催化效率的影响因素

1．3．1 能带结构

1．3．2 形貌的影响

1．3．3 温度和光照强度的影响

1．4 提高光催化反应效率途径

1．4．1 贵金属沉积修饰半导体

1．4．2 半导体复合

1．4．3 离子掺杂

1．4．4 染料光敏化

1．4．5 光催化材料纳米化

1．5 ZnO的结构和性质

1．6 纳米ZnO性质及应用

1．7 纳米ZnO合成方法

1．7．1 固相法

1．7．2 气相法

1．7．3 液相法

1．8 研究的背景、意义及主要内容

1．8．1 选题的背景

1．8．2 研究意义

1．8．3 研究内容

第二章 ZnO微纳米球的制备及光催化性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料及仪器

2．2．2 样品的制备

2．2．2 光催化性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 ZnO微纳米球的表征

2．3．2 温度对ZnO微纳米球形貌的影响

2．3．3 反应物体积比对ZnO微纳米球形貌的影响

2．3．4 ZnO微米球的生长机理

2．3．5 ZnO微米球的光催化性能

2．4 小结

第三章 纺锤体和花状ZnO微纳米结构的制备及光催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料和设备

3．2．2 样品的制备

3．2．3 光催化性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 纺锤体和花状ZnO微纳米结构的表征

．3．2 纺锤体和花状ZnO微纳米结构的生长机理研究

3．3．3 纺锤体和花状ZnO微纳米结构的光催化性能

3．4 小结

第四章 不同形貌Ag／ZnO复合材料的制备及光催化性能研究

4．1 引言

4．2 实验过程

4．2．1 实验原料和设备

4．2．2 样品制备

4．2．3 光催化实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同形貌的Ag／ZnO复合材料的的表征

4．3．2 不同形貌Ag／ZnO复合材料的光催化性能

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文