四針狀氧化鋅晶須的表面改性及其光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)能夠利用氧化還原反應(yīng)來(lái)分解有機(jī)污染物，因而被廣泛應(yīng)用于污水處理、殺菌以及空氣凈化等方面。目前氧化鋅(ZnO)半導(dǎo)體是研究的熱點(diǎn)，但是由于其較大的禁帶寬度(3.2 eV)，僅能在一定程度上降解有機(jī)物。為了提高氧化鋅的光催化效率，本文先后采用貴金屬沉積法和半導(dǎo)體復(fù)合法來(lái)對(duì)氧化鋅進(jìn)行改性處理。本文的研究工作分為以下3個(gè)方面：
　　 1.采用光還原法以硝酸銀為原料，聚乙二醇(Polyethylene glycol，PEG

2、)為溶劑、保護(hù)劑和還原劑，在紫外光下成功將一價(jià)銀離子還原成零價(jià)金屬銀并沉積在四針狀氧化鋅晶須(Tetrapod-like ZnO whisker，T-ZnOw)上。通過(guò)改變Ag與ZnO的摩爾比(Molar ratio，MR)和PEG的濃度分析了二者對(duì)Ag/T-ZnOw復(fù)合材料中納米銀顆粒的數(shù)量、形貌和尺寸的影響，并結(jié)合光催化機(jī)理討論了二者對(duì)復(fù)合材料光催化性能的影響。結(jié)果表明，隨著Ag/Zn摩爾比的增大，沉積在氧化鋅晶須表面的納米銀顆粒的

3、數(shù)量也會(huì)隨之增多；隨著PEG濃度的增加，納米銀顆粒的尺寸和Ag/T-ZnOw復(fù)合材料的禁帶寬度都會(huì)隨之減小，而比表面積則隨之增大。上述形貌和結(jié)構(gòu)的變化也引起了復(fù)合材料光催化性能的變化。當(dāng)Ag/Zn<14.4％時(shí)，Ag/Zn值越大，Ag/T-ZnOw復(fù)合材料的光催化性能越好；而進(jìn)一步增大Ag/Zn到14.4％時(shí)，復(fù)合材料的光催化效率反而有所降低；當(dāng)PEG濃度≤0.08 mol/L時(shí)，PEG濃度越大，復(fù)合材料的光催化性能越好；PEG濃度>0

4、.08 mol/L時(shí)，復(fù)合材料的光催化性能反而下降。
　　 2.在紫外光下利用低溫水浴分解法以硝酸銅為原料，聚乙二醇為溶劑、模板劑和保護(hù)劑成功制得微米級(jí)的葉片狀氧化銅和納米級(jí)的針狀氧化銅并沉積在四針狀氧化鋅晶須表面。通過(guò)改變Cu/Zn的摩爾比和PEG的濃度分析了二者對(duì)CuO/T-ZnOw復(fù)合材料中葉片狀和針狀CuO的數(shù)量、形貌和晶粒尺寸的影響，并結(jié)合光催化機(jī)理討論了二者對(duì)復(fù)合材料光催化性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)固定PEG濃度為0.

5、01 mol/L時(shí)，CuO/T-ZnOw樣品中的CuO數(shù)量會(huì)隨Cu/Zn摩爾比的增大而增加，且此時(shí)的所有樣品中CuO的形貌均為葉片狀。當(dāng)Cu/Zn≤9.6％時(shí)，Cu/Zn摩爾比越大，復(fù)合材料的光催化性能越好；而Cu/Zn>9.6％時(shí)，樣品的光催化效率反而降低。當(dāng)固定Cu/Zn=2.4％而改變PEG濃度時(shí)，隨著PEG濃度的增大，CuO/T-ZnOw復(fù)合材料中的CuO的數(shù)量會(huì)增多，并且CuO的顆粒尺寸也會(huì)隨之減小。當(dāng)PEG濃度≥0.04 m

6、ol/L時(shí)，CuO的形貌已經(jīng)完全變?yōu)榧{米針狀，說(shuō)明PEG濃度對(duì)CuO的顆粒尺寸和形貌有非常重要的作用；而當(dāng)PEG濃度≤0.06 mol/L時(shí)，PEG濃度越大，復(fù)合材料的光催化性能越好；進(jìn)一步增大PEG濃度反而會(huì)使復(fù)合材料的光催化性能降低。
　　 3.采用高溫還原法以硝酸銅為原料，乙二醇(Ethylene glycol，EG)為溶劑，聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinyl chloride，PVP)為保護(hù)劑在180℃下成功制得微米級(jí)的

7、立方塊狀氧化亞銅(Cu2O)顆粒并沉積在四針狀氧化鋅晶須表面。通過(guò)改變Cu/Zn的摩爾比和PVP添加量分析了二者對(duì)Cu2O/T-ZnOw復(fù)合材料中立方塊狀Cu2O的數(shù)量、形貌和顆粒尺寸的影響，并結(jié)合光催化機(jī)理討論了二者對(duì)復(fù)合材料光催化性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)固定PVP添加量為0.06 g時(shí)，不同Cu/Zn摩爾比的Cu2O/T-ZnOw復(fù)合材料中的Cu2O數(shù)量會(huì)隨Cu/Zn值的增大而增加，但Cu2O的晶粒尺寸會(huì)隨之減小，并且此時(shí)所有的樣品

8、中Cu2O的形貌均為立方塊狀。當(dāng)Cu/Zn≤7.2％時(shí)，Cu/Zn值越大，樣品的光催化性能越好；而Cu/Zn>7.2％時(shí)，樣品的光催化性能反而降低。固定Cu/Zn摩爾比并改變PVP添加量后，在Cu/Zn=2.4％的體系中時(shí)，當(dāng)PVP添加量≤0.08 g時(shí)，復(fù)合材料樣品中的Cu2O數(shù)量隨PVP添加量的增加而增大，且此時(shí)Cu2O顆粒的形貌均為立方塊狀；當(dāng)PVP添加量>0.08時(shí)，Cu2O顆粒逐漸變?yōu)榍驙?。說(shuō)明PVP添加量對(duì)Cu2O顆粒的形貌