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Ag/ZnO及CdS/ZnO纳米复合结构的光催化性能研究

韩帅  
【摘要】:全球工业化的发展不断推进,伴随而来的一系列水污染问题。对于污水治理,光催化技术因其高效节能,成本低廉,无二次污染等特点而成为了热门的研究领域。ZnO是一种优秀的金属氧化物半导体催化剂,催化活性高,形貌易调控,无毒无害且光化学稳定性强,在光催化领域引起了广泛关注。然而仍然具有催化剂分离回收困难,载流子复合率高的缺点。研究结果显示,通过贵金属负载、半导体复合和外加电势等手段,可以有效抑制光生载流子的复合,提高光催化效率。本文利用化学溶液法,成功在导电衬底上生长出氧化锌纳米棒阵列结构,在此基础上与Ag、Cd S复合,研究其光催化性能,探索提高光催化性能的途径。同时该结构有利于催化剂分离。具体内容如下:1.以ITO玻璃为衬底,利用化学溶液法,通过调整种层生长温度以及生长液种类、浓度,制备出不同的氧化锌纳米棒阵列,其中种层生长温度为130°C,生长液为0.05 mol/L硝酸锌和0.05 mol/L六次甲基四胺条件下,85°C生长的样品,对甲基橙的降解效果最好,3 h的降解率约为59.4%。2.采用上述优化合成条件,分别在ITO、Ag、Ti衬底生长ZnO纳米棒阵列,金属Ag、Ti基底的ZnO纳米棒阵列的光、光电催化活性高于以ITO为基底生长的样品。在0.8V的外加偏压下,三种不同基底所制备样品的光电催化效率均达到了光催化效率的1.5倍以上。外加偏压有效地抑制了光生载流子的复合,从而提升了催化效率。3.通过光还原法,在Zn O纳米棒阵列表面负载不同量Ag纳米颗粒(tong),当AgNO3溶液的浓度为0.05 mol/L所制备样品光催化降解效率可达95.6%。在试验范围,Ag/Zn O结构的光催化效率随Ag颗粒负载量的增加而降低。适量的负载Ag颗粒能提升光催化活性。4.通过溶液法,在ZnO纳米棒阵列上复合CdS薄膜,形成CdS/ZnO异质结构,在λ420 nm的可见光照射条件下,CdS/ZnO异质结构的可见光催化效率达到了60%,是纯ZnO的6倍。CdS与ZnO复合可以有效拓宽ZnO的光响应范围,增加其可见光下的降解效率。


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