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尺寸和形貌可控的纳米材料,与它们的粉体材料相比,由于其独特的物理化学性质,在光催化应用方面引起了广泛的关注。具有大的内腔的空心纳米材料由于其低密度,大的比表面积和纳米材料特性,已经引起了广泛的研究。纳米材料高效的光催化效率是通过减小粒子的粒径尺寸,因此取得大的表面积和更多的活性位点,但是这也带来了不利的影响。当光催化剂的尺寸减小到纳米级别时,催化剂从废水中的分离和回收将遇到障碍,即使它们具有高的催化活性,这也将影响光催化剂的实际应用。因此,许多研究致力于具有磁学性能的光催化剂,它们在处理污水时可以借助外加磁场而得以有效分离。尖晶石结构的ZnFe2O4具有很强的磁性,物理化学性能稳定,成本低,禁带宽度窄(1.9eV),在可见光范围内就可以响应,作为光催化材料已经取得广泛的研究。然而单一的ZnFe2O4光催化剂,它们的光催化活性很低,这是由于它们的电子-空穴对很容易复合。复合两相或多相光催化剂且具有匹配的能级结构是提高催化剂的效率的结论已经得到了证明,由于复合半导体具有不同的能级结构,在半导体的界面形成内建电场,这将有利于电子-空穴对的有效分离,并且可以减少其复合。 本论文从提高 ZnFe2O4光催化效率这一科学问题着手,通过对复合ZnFe2O4体系的构建,复合相的选择,微观形貌的控制等策略制备了一系列磁性可分离 ZnFe2O4基空心纳米球。通过研究复合催化剂对 RhB的降解效率,来考察所制备催化剂的可见光催化活性。取得的主要研究成果如下:(1)采用St?ber法,以间苯二酚和福尔马林为原料,制备了单分散,粒径可控的酚醛树脂微球。所制备的酚醛树脂微球表面光滑,粒径大小均一,具有很强的吸附性,且其粒径分布在370~1050 nm之间,有利于后续的ZnFe2O4复合空心球的制备。 (2)粒径大小为230 nm的磁性可分离ZnFe2O4基空心纳米球以酚醛树脂微球为模板,通过浸渍的方法制备。ZnFe2O4,Fe2O3/ZnFe2O4和ZnO/ZnFe2O4空心纳米球通过控制Zn2+和Fe2+离子的浓度比合成。在可见光下,它们的光降解效率顺序:ZnO/ZnFe2O4>Fe2O3/ZnFe2O4>ZnFe2O4>粉体ZnFe2O4,进一步的研究证明,因为大的比表面积,薄的壳层和匹配的能级结构,有利于电子-空穴对的分离,ZnO/ZnFe2O4和Fe2O3/ZnFe2O4的光催化效率显著提高。 (3)磁性可分离三元复合ZnFe2O4-Fe2O3-Bi2WO6空心纳米球通过三步法合成。使用酚醛树脂微球作为模板,使得α-Fe2O3/ZnFe2O4进行包裹,随后通过浸渍-煅烧的方法形成 Bi2WO6层。在可见光下,光催化降解效率顺序:ZnFe2O4-Fe2O3-Bi2WO6> ZnFe2O4-Bi2WO6> Bi2WO6> ZnFe2O4-Fe2O3>ZnFe2O4。ZnFe2O4-Fe2O3-Bi2WO6提高光催化效率在于形成了能带瀑布结构,电子在界面处从 ZnFe2O4导带流向α-Fe2O3再到 Bi2WO6的导带,这种结构有利于电子-空穴对的分离和延长其复合。 (4)磁性可分离ZnFe2O4-ZnO-Ag3PO4空心纳米球通过共沉淀法将Ag3PO4纳米颗粒沉积到 ZnFe2O4-ZnO空心纳米球的表面所制备。在可见光下,光催化降解效率顺序:ZnFe2O4-ZnO-Ag3PO4> ZnFe2O4-Ag3PO4> Ag3PO4>ZnFe2O4-ZnO>ZnFe2O4。ZnFe2O4-ZnO-Ag3PO4光催化效率的提高在于形成了能带瀑布结构,界面处的电子从 ZnFe2O4导带流向 ZnO的导带再到Ag3PO4,这种结构有利于电子-空穴对的分离和延长其复合。 总之,本论文构建了一系列具有可见光响应的新型磁性可回收ZnFe2O4基空心光催化剂,不仅提高了对可见光的利用率及对 RhB的催化效率,并且研究了光催化剂的降解机理。以上工作有望对光催化技术实用化作出一定的贡献,在当前环境日益加剧的情况下具有积极的意义。