溶膠-凝膠法制備ZnO薄膜及其光催化性能研究.pdf

1、伴隨著人類物質(zhì)文明的進(jìn)步與發(fā)展，帶來了越來越多的環(huán)境污染。人們經(jīng)過長(zhǎng)期努力，已經(jīng)建立了許多治理環(huán)境污染物的方法，其中異相光催化降解有機(jī)污染物以其速度快、無選擇性、深度氧化完全、能充分利用廉價(jià)太陽光和空氣(水相中)的氧分子等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞。特別是當(dāng)有機(jī)污染物濃度很高或用其他方法很難降解時(shí)，這種技術(shù)有著更明顯的優(yōu)勢(shì)。美國(guó)、日本和加拿大等國(guó)已將光催化技術(shù)應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)對(duì)該技術(shù)大都還只限于實(shí)驗(yàn)室研究水平。 本研究從提高ZnO薄

2、膜光催化活性的角度出發(fā)，通過多種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段研究了光催化過程的微觀機(jī)理，以求找出制約光催化活性的本質(zhì)原因，為高效光催化劑的設(shè)計(jì)和制備提供實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。本文的主要工作分為四個(gè)部分： 1．用溶膠-凝膠垂直提拉法在普通玻璃基底上制備了純ZnO薄膜，并對(duì)樣品進(jìn)行了XRD，AFM，SEM，UV-VIS，DSC-TGA，F(xiàn)TIR表征； 2．以偶氮胭脂紅為模擬降解物，利用正交實(shí)驗(yàn)的方法系統(tǒng)研究了薄膜退火溫度、溶液初始濃度、鍍膜層數(shù)

3、和溶液pH值對(duì)純ZnO薄膜光催化活性的影響； 3．在以上實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)純ZnO薄膜進(jìn)行了La<'3+>和Fe<'3+>的改性實(shí)驗(yàn)，研究了改性對(duì)ZnO薄膜的表面形貌、光譜響應(yīng)范圍和光催化活性的影響； 4．探討了兩種不同外加電場(chǎng)方式下，電場(chǎng)協(xié)助對(duì)ZnO/ITO薄膜光催化活性的影響。 結(jié)果表明，溶膠-凝膠法制備的ZnO為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，隨著熱處理溫度的升高，ZnO晶粒尺寸逐漸增大，300℃以上的退火溫度對(duì)ZnO粒子粒徑

4、的有比較顯著的影響，薄膜表面均勻分布著片狀ZnO微晶，粗糙度較大，薄膜在紫外光區(qū)(200nm～400nm)有強(qiáng)的吸收峰，吸收閥值在380nm附近，而在可見光區(qū)基本上無吸收；純ZnO薄膜光催化降解偶氮胭脂紅溶液最佳條件是：溶液初始濃度為15mg/L，薄膜退火溫度為300℃，鍍膜層數(shù)為5層，反應(yīng)體系為pH=9的堿性溶液；La<'3+>和Fe<'3+>改性后的ZnO薄膜表面平整致密，表面粒子的粒徑減小，薄膜的光吸收閥值發(fā)生了移動(dòng)，光催化活性較