氧化鋅納米材料的控制制備及性能研究.pdf

1、ZnO屬于n型金屬氧化物半導(dǎo)體，是一種重要的環(huán)境友好型無機(jī)功能材料。近年來，被廣泛的用于制作光催化劑、壓電納米發(fā)電機(jī)、氣體傳感器、染料敏化太陽能電池等。光催化技術(shù)是一種高級綠色氧化處理技術(shù)，ZnO具有優(yōu)異的光催化性能，在降解有機(jī)廢水領(lǐng)域備受關(guān)注。同時，具有納米結(jié)構(gòu)的ZnO材料可以吸附大量的有害氣體，在檢測吸附氣體后形成特殊的表面形態(tài)，這使其能帶和導(dǎo)電性能產(chǎn)生明顯的變化，作為氣體傳感材料在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測等方面受到研究人員的廣泛關(guān)注。因此，研

2、究ZnO納米材料的光催化性能和氣敏特性，探索納米材料的形貌結(jié)構(gòu)與光催化和氣敏性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，這對ZnO納米材料有效降解環(huán)境中有機(jī)污染物和探測有害氣體具有重要意義。
　　本文研究了ZnO納米材料的光催化性能和氣敏特性，研究了Zn/SnO2納米顆粒的光催化性能，探索了光催化反應(yīng)的機(jī)理，通過不同的制備方法改變其形貌結(jié)構(gòu)，利用多種表征手段對材料的組成、特性進(jìn)行分析，研究其電學(xué)性質(zhì)的變化，從而達(dá)到對環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的有效監(jiān)控。本論文的

3、具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)以蔗糖和乙酸鋅作為原料，通過一步水熱法合成了具有高催化活性的ZnO核殼微球。鋅離子被吸附到蔗糖液滴的表面或者被包裹在里面，在反應(yīng)過程中形成C/ZnO晶核，在600℃高溫下煅燒2h，去除碳球，得到由直徑為20 nm的ZnO納米顆粒聚合而成的核殼結(jié)構(gòu)的ZnO微球，ZnO外層的殼厚度大約為60 nm。在ZnO核殼微球的作用下，紫外光照射210 min，亞甲基藍(lán)溶液的降解率達(dá)到98％，表現(xiàn)出較高的光催化活性。

4、
　　(2)以乙酸鋅為原料，聚乙烯吡咯烷酮K-30為表面活性劑，乙二醇為溶劑，通過原位沉淀法制備氧化鋅空心微球。當(dāng)Zn2+濃度為0.02 mol/L時，所制備的ZnO空心微球，形貌均勻，結(jié)晶度高。在100 mL，10 mg·L-1的羅丹明B溶液中加入20 mg ZnO空心球，光催化80 min時，羅丹明B降解率可達(dá)99.3％，具有良好的光催化性能。同時測試了以ZnO空心球?yàn)榛w的氣敏元件的氣體靈敏度，ZnO空心球?qū)Ρ撵`敏度可達(dá)

5、13.6倍。
　　(3)通過低溫原位沉淀法制備Zn/SnO2納米顆粒，得到的所有樣品中摩爾比為[Sn4+]∶[Zn2+]=5∶3的Zn/SnO2納米顆粒具有最高的光催化活性，紫外光照180min，羅丹明B降解率可到達(dá)99％。固體紫外漫反射禁帶寬度的計算結(jié)果表明，摻雜Zn2+制得的Zn/SnO2具有較窄的禁帶寬度，光生電子和空穴易于分離，表面電荷載體傳輸率提高。Zn/SnO2材料高脫色降解活性主要由于其較窄的禁帶寬度和較高的光利用率