【摘 要】
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本论文构建了Cu@ZnO核壳纳米结构,利用纳米Cu所具有的表面等离子体共振(SPR)效应来增大ZnO对光的响应范围,提高对光的利用率,探究了该复合材料的光催化性能以及催化反应机理。在此基础上,将Ag纳米粒子负载于该复合材料表面,利用纳米Ag所具有的捕获电子的能力,进一步提高光生载流子在界面之间的传输性能,达到抑制光生电荷再次复合的目的,从而制备高效的Cu@ZnO/Ag异质纳米结构复合光催化剂。具体
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本论文构建了Cu@ZnO核壳纳米结构,利用纳米Cu所具有的表面等离子体共振(SPR)效应来增大ZnO对光的响应范围,提高对光的利用率,探究了该复合材料的光催化性能以及催化反应机理。在此基础上,将Ag纳米粒子负载于该复合材料表面,利用纳米Ag所具有的捕获电子的能力,进一步提高光生载流子在界面之间的传输性能,达到抑制光生电荷再次复合的目的,从而制备高效的Cu@ZnO/Ag异质纳米结构复合光催化剂。具体内容如下:1.通过水热反应法,制备出单分散的、直径约为100 nm的Cu纳米线。同时,用溶剂热法制备ZnO种子溶液,并通过吸附作用使ZnO种子包覆在Cu纳米线上。摸索合适的制备条件,使种子生长为ZnO纳米棒,最后制备出以Cu纳米线为核、ZnO纳米棒为壳的、具有花簇形貌的Cu@ZnO核壳纳米结构复合材料。利用模拟太阳光下降解罗丹明B(Rh B)的反应来评价复合材料的光催化性能,研究了反应物浓度、催化剂用量、溶液的p H值、添加剂种类等对复合材料光催化活性的影响。结果表明,半导体ZnO的光激发特性,与Cu纳米线所具有的表面等离子体共振效应产生协同作用,赋予了Cu@ZnO纳米复合材料较为理想的光催化性能。与单一成分纳米材料相比,所构建的Cu@ZnO复合材料,有效增大了对光的吸收范围,促进了光生电子-空穴对的分离,实现了较高的催化效率。2.利用光沉积法,在所制备的Cu@ZnO核壳结构纳米材料表面负载一定量的Ag纳米粒子,构建了Cu@ZnO/Ag三元异质纳米结构。利用SEM、HRTEM等测试方法分析了Cu@ZnO/Ag三元结构的形貌,利用XRD、XPS等测试手段确定了该异质纳米材料的构成,通过在模拟太阳光下降解亚甲基蓝(MB)的反应研究了三元异质结构的光催化性能。结果表明,Cu@ZnO/Ag三元异质纳米结构仍然呈现花簇状形貌,Ag的负载未对复合材料的形貌产生影响;HRTEM分析证实,Ag以纳米粒子形式负载于Cu@ZnO核壳结构的外表面上。当Ag的负载量为5 wt.%时,三元异质结构的光催化活性达到最高。根据光致发光光谱分析得到,Cu@ZnO/Ag三元异质纳米结构复合材料中,Ag纳米粒子起到电子捕获剂的作用,使得三元结构中的光生电子-空穴对得到进一步的分离,故而使得三元复合材料具有更加优异的电荷传输性能和分离效率,呈现出更加优异的催化性能。
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