【摘 要】
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光催化具有高效、绿色环保且低成本的优点,在环境治理,特别是废水处理方面有着广阔的发展前景。ZnO具有合适的带隙,高化学稳定性,高电子迁移率、生物相容性以及安全环保的特性引起学者极大的研究兴趣。然而宽的带隙和光生载流子快速重组阻碍了ZnO的实际应用。因此,本文采用钴掺杂和构建异质结的改性策略对ZnO进行改性,并将其原位生长再ITO导电玻璃上,通过对禁带宽度的调节,光吸收能力和光生载流子的分离转移能力
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51372043,52162005）; 广西自然科学基金项目（2017GXNSFDA198052,2017GXNSFBA198215,2017GXNSFAA198289）
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光催化具有高效、绿色环保且低成本的优点,在环境治理,特别是废水处理方面有着广阔的发展前景。ZnO具有合适的带隙,高化学稳定性,高电子迁移率、生物相容性以及安全环保的特性引起学者极大的研究兴趣。然而宽的带隙和光生载流子快速重组阻碍了ZnO的实际应用。因此,本文采用钴掺杂和构建异质结的改性策略对ZnO进行改性,并将其原位生长再ITO导电玻璃上,通过对禁带宽度的调节,光吸收能力和光生载流子的分离转移能力的改善,在提高材料的光催化降解性能提高的同时解决传统光催化剂难以回收问题。具体内容如下:（1）采用水热法制备钴掺杂ZnO（Co-ZnO）薄膜,探究钴掺杂浓度对CoZnO光催化降解性能的影响。研究结果显示Co-ZnO表现出优于ZnO的光催化降解性能,钴掺杂浓度为5%的Co-ZnO具有的光催化降解性能最好,在120 min内对罗丹明B染料（Rh B）的光催化降解效率为55.34%,是ZnO的1.8倍。光催化降解性能的提高是禁带宽度减小、载流子数目增多和光生载流子快速分离转移共同作用的结果。此外,Co-ZnO还显示出了良好的稳定性和便捷的可回收性。根据活性物质捕获结果和材料能带位置的确定提出Co-ZnO的光催化降解机理。（2）采用水热法在电沉积制备的ZnO薄膜上生长Cd S,制备出具有良好光吸收能力的Cd S/ZnO异质结复合材料（CZ）,探究镉锌摩尔比对CZ光催化降解性能的影响。研究结果表明Cd S对CZ光吸收能力的提升起着至关重要的作用。Z型异质结的形成有效的降低了光生载流子的重组程度,增强CZ的光催化降解性能。镉锌摩尔比为1:1的CZ具有最佳光催化降解性能,120 min内对Rh B的光催化降解效率是69.52%,分别是ZnO和Cd S的2.5倍和1.5倍,并表现出了良好的稳定性。此外,根据活性物质捕获结果和材料能带位置的确定提出CZ的光催化降解机理。（3）用连续离子层吸附反应法在ZnO薄膜上生长Bi OI,制备出Bi OI/ZnO异质结复合材料（BZ）,探究Bi OI循环次数对BZ光催化降解性能的影响。研究结果表明Bi OI的复合显著的提高了BZ的光吸收能力,使BZ的光吸收范围拓宽至可见光区。BZ所具备的异质结结构促进了光生载流子的分离,并保留了BZ中具有较强氧化能力和较强还原能力的空穴和电子,使BZ在光催化降解过程中能够产生更多的活性物质,提高BZ的光催化降解性能。当循环次数为90次制备的BZ所具有的光催化降解性能最高,在120 min内对Rh B的光催化降解效率为78.31%,分别是ZnO和Bi OI的2.7倍和1.8倍。BZ展现出优异的稳定性和快速的可回收性。
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