氧化锌光催化剂的制备及性能研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:qq237599512
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目前,环境污染问题严重制约了人类社会的发展,如何解决这些问题受到人们的广泛关注。光催化技术作为一种高效绿色的新型环境治理手段应运而生。氧化锌具有性能稳定、量子产率高等优点,是一种常用的光催化材料。作为光催化剂,氧化锌的光催化活性与形貌、晶体结构等因素有直接联系。为深入了解氧化锌纳米材料的形貌结构与光催化活性之间的关系,本文利用阴离子调控成功制备出多种形貌的氧化锌纳米材料,并通过负载金属改善了纯氧化锌纳米材料的光催化性能。本研究利用醋酸根离子、硫酸根离子、氯离子和硝酸根离子四种阴离子调控氧化锌的微纳结构,采用均匀沉淀法两步合成了具有链状、多层片状、板状和花状结构的氧化锌纳米材料。通过控制变量法,发现四种形貌的氧化锌纳米材料均由氧化锌种子组装而成。在反应时间为6h,沉淀剂浓度为0.4mol/L时可以合成形貌最规整、组装结构最稳定的氧化锌纳米材料。通过甲基橙的光降解实验得知四种材料的光催化活性从高到低依次是:链状氧化锌>花状氧化锌>板状氧化锌>六方形片状氧化锌,自由基捕获实验确定光降解过程中光生空穴h~+起主要作用。为了进一步提高氧化锌的光催化效率,本研究在链状氧化锌纳米材料的基础上进行了过渡金属的掺杂和贵金属的复合。元素分析表明过渡金属Co、Ni在材料合成过程中会占据Zn位点,影响材料的内部电荷分布并破坏纯Zn O的链状结构,进而降低材料的光催化活性。侧面证实了由纳米颗粒串联组成的链状结构具有优异的光催化活性和稳定性。贵金属Ag的负载对Zn O链状结构的组装过程没有影响,XPS分析表明Ag元素以金属单质的形式存在,没有掺入氧化锌晶格内,成功合成出具有链状结构的Ag/Zn O纳米复合材料。甲基橙光降解实验结果表明贵金属Ag的负载提高了氧化锌的光催化活性,其中Ag纳米颗粒的负载量为1%时,复合材料的光催化性能最高。
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