论文部分内容阅读
氧化锌（ZnO）是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,具有大的禁带宽度和激子束缚能,以及无毒、来源广泛等特点,在光电器件、紫外屏蔽、光催化等方面有着广阔的应用前景。本论文综述了ZnO的合成方法及在光催化降解有机污染物方面的应用。ZnO的光催化性能主要与其自身性质、合成的形貌和晶粒尺寸等有关。为了改善ZnO在紫外光下受激发的局限性,拓宽其在可见光下的应用,常常采用的方法是掺杂。掺杂能够引入新的杂质能级,使光生电子与空穴复合的几率减小,能够形成更多的活性物种氧化污染物,从而提高ZnO的光催化性能。本文以Zn（Ac）2·2H2O和NH3·H2O为原料,用羧甲基纤维素钠（CMC）做结构导向剂,采用简单的一步水热法,把过渡金属离子Cu2+、Mn2+和Fe3+掺杂其中,合成Cu:ZnO、Mn:ZnO和Fe:ZnO多级结构催化剂。以苯酚为模型有机污染物,考察样品的光催化性能。主要内容如下:（1）以CMC为结构导向剂,采用水热法在120℃下,不同反应时间合成ZnO多级结构。结果显示:反应时间为24 h时,合成的ZnO为六方纤锌矿晶体结构,晶体较为完整,形貌为棒状组装成的笼状多级结构。在紫外-可见光照射下,以苯酚为模型污染物,考察ZnO的光催化降解活性。结果表明ZnO质量浓度为0.5 g/L,苯酚溶液初始浓度为5 mg/L时光催化活性最好,降解率达到79.97%。（2）以Cu（NO3）2·3H2O为掺杂剂,合成一系列不同掺杂量的Cu:ZnO多级结构。在优化的降解条件下研究Cu:ZnO的光催化性能。发现掺Cu量为3%时,光催化降解活性最好,达95.72%。当Cu掺杂浓度比3%低或者高时,光催化活性均会降低。（3）以Mn（Ac）2·4H2O为掺杂剂,合成一系列不同掺杂量的Mn:ZnO多级结构。在优化的降解条件下研究Mn:ZnO的光催化性能。发现掺Mn量为3%时,光催化降解效果最好,达88.57%。当Mn掺杂浓度比3%低或者高时,光催化性能均会降低。（4）以FeCl3·6H2O为掺杂剂,合成一系列不同掺杂量的Fe:ZnO多级结构。在优化的降解条件下研究Fe:ZnO的光催化性能。掺杂少量的Fe没有明显提高ZnO的光催化性能,但在掺杂量为5%时却抑制了ZnO的光催化活性,使其光催化活性大大降低。（5）通过掺杂量为3%的Cu:ZnO样品光催化降解苯酚的捕获实验结果,推测其光催化机理为:·OH为主要的活性自由基,在苯酚降解过程中起主要作用;·O2-自由基有一定活性,对降解起一定作用。