氧化鋅基納米復(fù)合材料的可控合成及其光催化性能研究.pdf

1、微量的毒性有機(jī)物，如染料和聚合添加劑等，都會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，威脅人類的健康。光催化作為一種非生物手段實(shí)現(xiàn)有機(jī)染料污染物降解而備受關(guān)注。半導(dǎo)體氧化鋅因其合成方法簡(jiǎn)單、溫度低、無(wú)毒、無(wú)污染，具有巨大的商業(yè)應(yīng)用潛力。但氧化鋅只吸收紫外光、紫外光照射的情況下會(huì)發(fā)生光腐蝕且很容易在極端的pH值中溶解等缺陷也大大阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。本文對(duì)半導(dǎo)體的光催化原理，影響光催化性能的主要因素進(jìn)行了簡(jiǎn)單的綜述。在此基礎(chǔ)上，確定以氧化鋅基納米復(fù)合材料光催化體系

2、作為研究對(duì)象，制備了多種納米復(fù)合光催化劑，并研究了其光催化活性。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)部分:
　　1.均勻漢堡結(jié)構(gòu)介孔炭聯(lián)合氧化鋅納米組裝體的一步溶劑熱法合成、高吸附及可見光光催化染料脫色性能
　　本章中，我們以乙二醇為溶劑，葡萄糖為添加劑，通過簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的溶劑熱法制備了均勻的漢堡結(jié)構(gòu)介孔炭聯(lián)合氧化鋅納米組裝體(MC-ZnO)。所獲得的樣品具有較高比表面積104 m2g-1以及窄的孔徑分布約7.2 nm。產(chǎn)品對(duì)

3、剛果紅(CR)的吸附行為與朗格繆爾等溫吸附線有很好地吻合，且吸附過程服從于準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。由朗繆爾方程計(jì)算所得的樣品對(duì)CR最大吸附量是162 mg g-1，而商業(yè)ZnO納米粒子卻只有18.8 mg g-1。此外，所制備的納米組裝體在可見光下對(duì)染料（CR和羅丹明-B）敏化脫色也展現(xiàn)出增強(qiáng)的光催化活性。因此，本章中所介紹的MC-ZnO納米組裝體在廢水處理領(lǐng)域?qū)⒕哂袧撛诘膽?yīng)用前景。
　　2.微波輔助非水路徑在還原氧化石墨烯片上沉積Zn

4、O納米晶及其增強(qiáng)的可見光下光催化染料脫色性能
　　本章討論了在非水介質(zhì)中以微波輔助這種新的戰(zhàn)略，在還原氧化石墨烯(rGO)片的表面上沉積單分散的ZnO納米晶以制備rGO/ZnO納米復(fù)合材料。該反應(yīng)在二甘醇(DEG)中進(jìn)行，是一個(gè)溫和而快速的過程，只需鋅鹽與rGO按比例混合，借助低功率(300 W)的微波輻射反應(yīng)10min即成。所制備的納米復(fù)合材料不僅可以實(shí)現(xiàn)ZnO納米晶均勻分散的負(fù)載，更使其在可見光照射下展現(xiàn)出優(yōu)越的光催化染料（羅

5、丹明B和亞甲基藍(lán)）敏化脫色性能。因此，DEG不僅有助于增強(qiáng)rGO片的分散性，更在控制ZnO生長(zhǎng)方面起到至關(guān)重要的作用。而且，ZnO納米晶的平均粒徑以及負(fù)載量可以通過改變鋅源的濃度而簡(jiǎn)便調(diào)控。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，在所制備的納米復(fù)合材料中，ZnO納米晶的負(fù)載量在協(xié)調(diào)ZnO與rGO片的協(xié)同光催化染料敏化脫色方面是十分重要的。因此，本章就ZnO納米晶在rGO片上的最佳負(fù)載及最優(yōu)化的復(fù)合光催化性能方面做了系統(tǒng)研究，并給出了相應(yīng)的合理解釋。
　　

6、3.微波輔助法構(gòu)造同軸ZnO/C/CdS納米電纜及其增強(qiáng)的可見光驅(qū)動(dòng)光催化活性在本章工作中，我們通過多步法過程成功制備了一種新穎的一維(1D)同軸納米復(fù)合物，由內(nèi)而外依次為:氧化鋅納米棒內(nèi)核、無(wú)定形炭中間層、硫化鎘納米顆粒殼層（即ZnO/C/CdS）。首先ZnO/C核殼結(jié)構(gòu)納米電纜由ZnO納米棒和葡萄糖在水中經(jīng)過160℃恒溫6小時(shí)的溫和水熱法組裝而成。然后，借助快速的微波輻射路徑將CdS納米粒子均勻地固定在ZnO/C核殼結(jié)構(gòu)納米電纜表面

7、，形成三元同軸的ZnO/C/CdS納米電纜。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，炭層的厚度和CdS納米粒子的負(fù)載量，可以分別通過控制葡萄糖的攝入量和鎘鹽的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。所制備的復(fù)合納米材料因其強(qiáng)烈的吸附作用以及三元ZnO/C/CdS界面處的協(xié)同效應(yīng)而展示出異常高的光催化活性，在可見光的照射下降解羅丹明B(RhB)和亞甲基藍(lán)(MB)的光催化效果明顯優(yōu)于純ZnO納米棒、純CdS和ZnO/C核殼納米電纜。結(jié)果還表明，對(duì)于同軸ZnO/C/CdS納米電纜所要獲得的