基于層狀氫氧化物構(gòu)筑一維磁性ZnO-Co-C納米復(fù)合材料及其光催化性能研究.pdf

1、ZnO作為半導(dǎo)體光催化劑，在凈化環(huán)境方面的優(yōu)異性能而受到廣泛關(guān)注。但是，ZnO存在在極端pH值下容易受酸堿腐蝕及易受紫外光腐蝕而活性降低，循環(huán)利用率不高，粉體不利于分離等缺點(diǎn)，大大限制了其實(shí)際應(yīng)用。如何制備高活性，高化學(xué)穩(wěn)定性，可循環(huán)利用及易于分離的ZnO光催化劑是大家面臨并亟待解決的問題。本文設(shè)計(jì)出了一種新型一維層狀氫氧化物(Layered hydroxide nanorods，LHRs)，并以其為前驅(qū)體進(jìn)一步熱解制備出具有高活性、高

2、穩(wěn)定性及可磁性分離的一維ZnO/C及磁性ZnO/Co/C納米復(fù)合材料。本文的創(chuàng)新性研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 （一）在水溶液中，在無任何模版劑及修飾劑的情況下，以NaHSal與Zn(NO3)2及Co(NO3)2為反應(yīng)物，一步沉淀合成了水楊酸根(Sal-)插層一維層狀氫氧化物——ZnxCo1-x-Sal LHRs(x=1～0)。以Zn-，Zn0.9Co0.1-，Zn0.8Co0.2-，Zn0.5Co0.5-Ssl LHRs為例，對

3、組成及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)表征。納米棒形貌均一，純凈，直徑約50 nm，長度為5μm微米左右，具有層狀晶體結(jié)構(gòu)，水楊酸根與金屬離子之間以雙齒配位相連。控制反應(yīng)條件實(shí)現(xiàn)對層板金屬元素比例(1～0)的精確調(diào)控。
　　 （二）以ZnxCo1-x-Sal LHRs為單一前驅(qū)體在惰性氣氛下熱解制備了一維ZnO/C及ZnO/Co/C納米復(fù)合材料，發(fā)展了制備一維納米復(fù)合材料的方法。SEM，TEM結(jié)果表明，ZnO與Co納米粒子為5nm左右，鑲嵌于連續(xù)

4、碳基質(zhì)相中形成了碳包覆納米粒子的結(jié)構(gòu)，納米粒子兩相界面彼此不相連。元素分析證明，改變前驅(qū)體中的金屬元素的相對比例實(shí)現(xiàn)了對最終產(chǎn)物ZnO與Co相對含量的調(diào)控。XPS及FT-IR分析結(jié)果表明，得到了產(chǎn)物表面有飽和醚氧物種(C-O)和不飽和酮羰基氧物種(C=O)的存在，表面具有了功能化。VSM結(jié)果證明一維ZnO/Co/C納米復(fù)合材料為超順磁性，具有較高的飽和磁化強(qiáng)度。
　　 （三）一維ZnO/C及磁性ZnO/Co/C納米復(fù)合材料在紫外

5、光下催化降解MB及RhB展示了優(yōu)異的光催化性能活性及高化學(xué)穩(wěn)定性。以Zn0.9Co0.1-Sal LHRs得到的一維納米復(fù)合材料具有最佳的光催化活性，催化活性高于P25。酸堿穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明，材料具有的石墨碳包覆結(jié)構(gòu)有效抑制了化學(xué)溶蝕，催化劑的pH適用范圍拓寬至強(qiáng)酸(pH=2)和強(qiáng)堿(pH=11以上)，尤其是當(dāng)pH=11時催化速率是中性條件下的4倍。在酸堿條件下實(shí)現(xiàn)了多次重復(fù)利用，是傳統(tǒng)的ZnO光催化材料所不具備的性能。材料的超順磁性方便