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《河北大学》 2009年
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金属氧化物半导体材料的制备、微分析及应用研究

仇满德  
【摘要】:本论文以氧化锌稀磁半导体和纳米二氧化钛光催化剂材料为研究对象,针对目前这一领域需要解决的一些问题,将表面微分析技术应用于它们的研究。一方面,探求了制备条件与材料组成、微结构、形貌以及性能的关系;另一方面,研究了载体、外加磁场等对纳米二氧化钛光催化性质的影响,并成功制备了具有实际应用前景的新型阳离子聚丙烯酰胺/TiO2复合絮凝剂。全文共分为以下6个部分。 第1章为绪论部分,针对功能金属氧化物半导体材料的光催化和稀磁特性,介绍了金属氧化物半导体材料的制备方法、研究进展及微区分析技术,同时展望了其应用前景。 第2章利用表面微区分析方法系统研究了掺杂元素对氧化锌基稀磁半导体结晶生长的影响。通过水热法制备了不同过渡金属掺杂的ZnO基稀磁半导体晶体,利用扫描电子显微镜(SEM)及X射线能谱仪(XREDS)对合成晶体的微观形貌、表面及内部剖面掺杂元素的相对含量和分布进行了研究。研究发现过渡金属掺杂离子影响ZnO晶体的生长,掺杂离子的不同其大小、形貌均有所差异,随晶体形貌不同,显露面也发生了相应改变。X射线微分析证实,晶体表面与晶体内部掺杂离子分布相对均匀,Co、Mn离子比Fe、Ni离子容易实现掺杂,Fe, Ni离子不容易或少量的进入到晶格中。另外还研究了In离子与过渡金属共掺杂对ZnO晶体极性生长的影响,并从水热理论探讨了晶体生长的影响因素及机理。 第3章对纳米二氧化钛的制备工艺、微结构及性能进行了研究。本章共分为两节。在第一节中,采用溶胶-凝胶法在玻片上制备了纳米TiO2薄膜,并利用扫描探针显微镜对薄膜的微结构、透光率进行了分析,结果表明制备的TiO2薄膜为均匀突起的锐钛矿型纳米TiO2薄膜,同时探讨了微结构同光催化性能的关系。在第二节中,主要横向比较了常规不同液相制备方法对纳米TiO2粉体的微结构与光催化性能的影响,并从晶体表面结晶度、晶格缺陷以及TiO2表面羟基分布等方面对光催化活性差异的原因进行了初步探讨。 第4章为粉煤灰负载纳米TiO2的微分析及应用研究。在本章中,利用XRD, SEM及EDS对粉煤灰原灰以及水、磁筛选的粉煤灰进行了物相、表面微结构及X射线微区分析的系统研究,对各种粉煤灰的特征有了较清楚的认识,为粉煤灰的开发利用提供了有用的信息。在此基础上,采用溶胶-凝胶法在粉煤灰沉珠上负载了纳米TiO2薄膜,探讨了其光催化降解性能与载体效应之间的关系。 第5章为了进一步提高纳米二氧化钛的光催化性能,研究了磁场对纳米二氧化钛光催化性能的影响,重点研究了不同磁场强度及固定磁场强度下体系pH的变化对纳米TiO2的光催化降解性能的影响,证明磁场对增强光催化作用有一定效果。并探讨了磁场在光催化降解过程中的作用机理。 第6章将纳米TiO2进行表面处理,与合成的阳离子聚丙烯酰胺P(DMC-AM)成功复合,制备了一种新型的P(DMC-AM)/TiO2复合絮凝剂,该复合絮凝剂光催化吸附降解性能明显的提高,1.5h可使染料脱色率达到95%,具有重要的实际应用价值。
【学位授予单位】:河北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN304.21

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