摻雜-異質(zhì)結(jié)型ZnO光催化劑的制備及其光催化性能研究.pdf

1、ZnO是一種重要的n型半導(dǎo)體,它來源廣具有無毒、價(jià)廉的特點(diǎn)。它的禁帶寬度為3.2 eV左右,在紫外光照射下,可激發(fā)產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì),生成·OH和·O2-等具有極強(qiáng)氧化還原能力的高活性基團(tuán),可以降解染料等有機(jī)污染物,目前已引起國內(nèi)外光催化研究者的重視。但是,相比于已經(jīng)商業(yè)化的TiO2光催化劑,ZnO的光催化性能還有較大差距。主要是由于純ZnO產(chǎn)生的光生電子-空穴對(duì)的容易復(fù)合,導(dǎo)致光催化活性降低,且在光催化過程中易發(fā)生光化學(xué)腐蝕,從而不

2、利于其實(shí)際大規(guī)模工業(yè)化的利用。因此,通過ZnO的組成、結(jié)構(gòu)的研究提高其光催化活性和穩(wěn)定性,是目前光催化研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
　　針對(duì)目前ZnO光催化性能的不足,本論文以酸性橙II或亞甲基藍(lán)為目標(biāo)降解物,研究了通過摻雜和形成異質(zhì)結(jié)對(duì)其物理結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。考察了其組成、結(jié)構(gòu)與光催化性能的關(guān)系。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.考察了典型稀土金屬離子和過渡金屬離子摻雜對(duì)ZnO晶體結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響規(guī)律。探討了稀土Ce和主族金

3、屬離子Sn的摻雜含量和制備條件對(duì)ZnO的晶體結(jié)構(gòu),光吸收性能和光催化性能的影響;還探討了Zr、Al共摻雜對(duì)ZnO的結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過離子摻雜,可以抑制ZnO晶體粒子的長(zhǎng)大,并使ZnO表面性能到改善,產(chǎn)生更多的表面羥基,同時(shí)摻雜可以顯著提高光生電子-空穴對(duì)的分離效率,從而有利于光催化性能的提高。
　　2.探討了與典型半導(dǎo)體耦合形成半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)對(duì)ZnO光催化劑的結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律。首先研究了半導(dǎo)體氧化物WO3對(duì)Zn

4、O催化劑結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)和光催化性能的影響,發(fā)現(xiàn)復(fù)合2％WO3能有效地抑制ZnO納米粒子的長(zhǎng)大,同時(shí)可以增加其比表面積和提高表面羥基的數(shù)量,并可以有效抑制ZnO光生電子與空穴的復(fù)合;然后考察了金屬鹽半導(dǎo)體 Bi2WO6、BiOCl與ZnO形成異質(zhì)結(jié)對(duì)ZnO結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響,結(jié)果表明Bi2WO6/ZnO和BiOCl/ZnO異質(zhì)結(jié)的形成能顯著降低光生電子和空穴對(duì)的復(fù)合機(jī)率,且能改善ZnO光催化劑的表面性能。Bi2WO6的復(fù)合含量與水熱溫