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近年来,Au、Ag等贵金属纳米材料因其在可见光区表现出独特的限域表面等离子体(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)性质,而在催化、生物传感和微区成像等领域引起广泛的关注。虽然,目前各种形貌贵金属纳米材料的制备得到了迅速发展,但寻求更加高效、可控和环境友好的制备方法仍然是贵金属纳米材料合成的重要研究方向之一。同时随着对环境保护的日益重视,利用半导体作为催化剂的光降解水中各类有机污染物具有巨大的潜在应用价值,但目前半导体催化剂存在光吸收范围窄,光生电子-空穴分离效率低以及界面反应动力学过程慢等急需解决的问题。因此,本文在开展贵金属纳米材料绿色合成的基础上,将贵金属纳米材料和半导体结合形成复合光催化剂材料,从而一方面利用贵金属纳米材料独特的 LSPR性质来增强半导体材料的光吸收,另一方面利用贵金属-半导体之间形成的肖特基结提高光生电子和空穴的分离效率。 本论文首先用多元醇法制备出大小和形貌可控的 Ag纳米立方,然后将所制备的Ag纳米立方复合担载到三维(3D)ZnO微球表面,形成了贵金属-半导体复合光催化剂(Ag/ZnO),最后将所制备的 Ag/ZnO光催化剂应用到光催化和光电催化降解离子液体的研究中。本论文各章具体的主要研究内容如下: (1)简要地阐述了贵金属纳米材料的绿色合成研究进展,及贵金属纳米材料的限域表面等离子体性质(LSPR)及应用,并对本文研究内容进行介绍。 (2)采用多元醇法制备了尺寸不同的银立方纳米颗粒,对其形貌进行了表征,并对温度、硫化钠的浓度、反应时间等反应条件进行探索和优化,结果表明温度的最佳范围为150℃-155℃,硫化钠浓度为28μM-30μM,反应时间在10-20 min。 (3)用水作溶剂,海藻酸钠为结构导向剂,用水热法制备了三维(3D)ZnO微球;用光照法和浸渍法分别将Ag纳米颗粒和Ag立方担载到ZnO微球表面,并利用扫描电镜(Scanning Electronic Microscopy,SEM)、X射线光电子能谱分析(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)、漫反射光谱(Diffuse Reflection Spectra, DRS)等对其形貌和结构进行表征;最后对其 LSPR增强光催化降解离子液体的性能及降解机理进行了初步的研究和探讨。结果显示,担载有不同含量 Ag的Ag/ZnO体系中,一方面,Ag纳米粒子由于其独特的LSPR性质,增强了ZnO半导体催化剂在可见光区的吸收,从而提高了电子-空穴的产生效率;另一方面,Ag-ZnO之间肖特基结的形成,大大提高了光生电子-空穴的分离。因此,Ag/ZnO比纯ZnO表现出更好的光催化降解离子液体性能。此外,研究发现担载有特定形貌Ag立方的Ag/ZnO体系降解离子液体性能最好,这可能归因于Ag立方在可见光区表现出的独特的LSPR吸收。最后,对降解产物分析和降解机理的研究表明,在光催化条件下,阴离子对离子液体降解的影响不大,降解时咪唑环上的烷基侧链优先发生断裂,进而发生咪唑环的氧化、开环等反应,从而使离子液体发生降解。 (4)在前面研究的基础上,考虑到悬浮态催化剂回收困难,易失活等缺陷,用旋涂和浸渍法将ZnO组装到氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO)导电玻璃片上制备了 ZnO光催化电极,并进一步将 Ag纳米立方体担载到 ZnO电极表面形成Ag/ZnO复合电极,并将其应用到光电催化降解离子液体中,同时考察了光照强度及阳极偏压等条件对光电降解性能的影响。研究结果表明,在一定的偏电压和光照强度下,Ag/ZnO复合电极表现出了良好的光电催化降解离子液体的性能。 (5)总结了本论文主要研究成果和存在的不足,并对以后要开展的相关研究进行展望。