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四足氧化锌异质结构的制备及其在环境领域中的应用研究

李栋  
【摘要】:本论文中,使用马弗炉将锌粉加热蒸发,制备出了纯相的四足状氧化锌(ZnO-T)。以制备的四足状氧化锌为基体,首先,通过浸渍-煅烧法,在四足氧化锌表面生长一层苔藓状铁酸锌(ZnFe_2O_4)纳米颗粒,获得二维/三维(2D/3D)的异质结构。这种独特的结构具有较高的孔隙率,有利于气体的循环,从而促进活性气体的吸收,适用于气体的检测。气敏实验结果表明,该结构对硫化氢气体(H_2S,2 ppm,250℃,65%RH)具有较高的敏感性,其响应和恢复时间分别为2 s和9 s。此外,在250℃、65%RH条件下进行的低浓度实验表明,H_2S气体的浓度低至0.6 ppb时,仍然具有较高的敏感性。此外,ZnFe_2O_4/ZnO-T对硫化氢气体还具有一定的选择性和重复检测性。结合能带结构,通过详细分析认为ZnFe_2O_4和ZnO-T之间形成的异质结,四足网络结构以及ZnFe_2O_4和ZnO-T的催化作用是ZnFe_2O_4/ZnO-T气敏性能提高的三个主要原因;其次,采用传统的水热法,制备出了一种二硫化钼/硫化锌/氧化锌(MoS_2/ZnS/ZnO-T)三元异质结构。用氙灯模拟太阳光,亚甲基蓝水溶液模拟有机染料废水,测试了其光催化降解的效果。实验结果表明,MoS_2/ZnS/ZnO-T对亚甲基蓝水溶液(15 mg/L)的降解效率能够达到87%,并且一阶降解速率是四足氧化锌的4.22倍。活性物种捕获实验表明,空穴在MoS_2/ZnS/ZnO-T光催化降解反应过程中起主要作用。循环降解三次后,样品的晶体结构没有改变,说明该三元异质结构具有良好的稳定性。此外,结合捕获实验结果和材料中各组分的能带结构的分析,对MoS_2/ZnS/ZnO-T双Ⅱ型异质结的反应机理进行了探讨;最后,采用浸渍-煅烧法,制备出了氧化铜/氧化锌(CuO/ZnO-T)异质结构。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对其形貌、结构和成分进行了表征,并对该材料的应用方向进行了初步的探讨。


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