ZnSe及其复合材料的合成与光催化性能研究

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作为Ⅱ-Ⅵ族半导体,ZnSe以其高效的光催化活性、环境友好的优点,被认为是具有应用前景的一类光催化剂。由于ZnSe的微观形貌对其光催化性能有很大的影响,因此通过结构设计可控合成ZnSe及其复合材料具有重要的研究价值。基于此,本文采用水热法,通过参数调控、元素掺杂及制备异质结构的方式合成ZnSe微球及其复合材料并对其形貌、结构及光学特性进行表征分析。最后,以甲基橙溶液为目标降解物探究ZnSe及其复合材料的光催化性能。具体的研究内容如下:1.ZnSe微球的合成。以Zn(NO32·6H2O和Na2SeO3为前驱体,在10ml N2H4·H2O和0.67M NaOH溶液中成功合成ZnSe微球,并系统的研究了关键参数(N2H4·H2O含量、NaOH浓度)改变对产物结构、类型、光学特性及其光催化性能的影响。结果发现,N2H4·H2O含量和NaOH浓度对产物的类型及结构都有很大的影响。当N2H4·H2O含量大于10ml时产物为ZnSe·N2H4;N2H4·H2O低于5ml时,产物为ZnO和ZnSe的混合物;在不添加N2H4·H2O条件下,无论是否存在Na2SeO3,最终的产物都为纯ZnO。将ZnSe和ZnSe·N2H4用于光催化降解甲基橙溶液以测试其光催化性能。结果表明ZnSe·N2H4花球的光催化性能优于ZnSe微球。2.X(Ag、Mn):ZnSe掺杂。在合成的ZnSe微球的过程中添加不同类型及比例的掺杂源制备X(Ag、Mn):ZnSe,并研究掺杂元素及其掺杂量对产物结构、光学及其光催化性能的影响。结果显示,同浓度的掺杂源可以引起复合材料的形貌,光学和光催化性能的明显变化。Ag+掺杂引起棒状结构的形成,而Mn:ZnSe则维持ZnSe原有的微球形貌。此外,Mn:ZnSe和Ag:ZnSe样品的带隙变化不同。Mn2+掺杂引起Mn:ZnSe带隙的减小而Ag+掺杂引起Ag:ZnSe带隙的增加。光催化性能结果显示,Ag:ZnSe的光催化性能弱于ZnSe,Mn:ZnSe的光催化性能随着Mn2+掺杂比例的增加而增加。3.ZnO/ZnSe复合材料的合成。采用两步水热法合成ZnO/ZnSe复合材料。首先,以Zn(NO32·6H2O和NaOH为前驱体合成ZnO;继而以Se粉为Se源,以硼氢化钠(NaBH4)为还原剂在ZnO棒状结构表面合成ZnSe纳米球,对比研究不同碱性条件下ZnO/ZnSe材料的复合比例以及复合材料的光催化性能。结果显示,当溶剂是由25ml H2O和15ml NH3·H2O组成时,ZnO/ZnSe复合材料的光催化性能最好。归因于ZnO/ZnSe复合材料较大的比表面积和ZnO与ZnSe有利于电子-空穴传输的错位带隙排列。
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