纳米硫化锌材料的制备、改性及其光催化性能的研究

来源 :燕山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiuyu19900318
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ZnS是一种重要的直接带隙半导体材料,主要以闪锌矿和纤锌矿的形式存在,其中闪锌矿的禁带宽度为3.54 eV,纤锌矿的禁带宽度为3.71 eV。ZnS因其独特的光电性能而成为研究的焦点。ZnS半导体材料在电致发光、光致发光、传感器、光催化领域得到了广泛的应用。全球工业的迅速发展带来的不仅仅是经济上的长足进步,更重要的是随之而来的环境问题,环境污染的治理是现在的重点和难点问题,ZnS光催化降解治理环境污染成为纳米半导体材料的研究热点之一。目前已报道ZnS材料的制备方法主要有微乳液辅助合成法、固相法、磁控溅射法、高分子模板法、反向胶束法,水热法。其中水热法具有制备工艺简单、制备晶粒可调、结晶性好等优点。本文采用简单的低温水热法制备了ZnS纳米颗粒,Ni2+、Co2+、Mn2+掺杂的ZnS纳米颗粒,对其形成、形貌、光催化性能及机理做了深入研究,主要研究内容如下:(1)以Zn(NO3)2·6H2O和Na2S·9H2O为原料,采用低温水热法制备ZnS纳米颗粒,为提高ZnS的光催化性能在ZnS中掺杂一定量的Ni2+,研究了Ni2+掺杂对硫化锌晶型、形貌和光催化性能的影响。通过改变Ni2+的掺杂量,研究其对ZnS的光催化性能的影响。结果表明光催化性能随着Ni2+的掺杂量的增加先升高后降低,当Ni2+的掺杂量为10%时,ZnS的光催化效果最好。(2)向ZnS中分别掺杂了10%的Co2+、Mn2+过渡金属离子,研究了过渡金属离子掺杂对ZnS晶型、形貌和光催化性能的影响。实验结果表明过渡金属离子的掺杂没有改变硫化锌的晶型,但可降低硫化锌的禁带宽度,提高了其光催化性能。(3)以SC(NH22为硫源,通过水热反应法制备ZnS纳米颗粒,探讨了硫化锌的形成机理。实验结果表明,反应开始生成ZnO,随后硫元素代替氧元素进入Zn O中生成ZnS,以硫脲为硫源制备的硫化锌结晶性较好,颗粒尺寸均一,大小10 nm左右,颗粒尺寸随水热时间的延长有所增加。光催化性能结果表明水热8 h的硫化锌具有最优的光催化降解亚甲基蓝的性能。
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