氧化锌光催化材料的合成及其光催化性能研究

【摘要】：工业发展给人类带来了大量的好处,但是,它也对我们的生态系统造成了很多不利的影响。土壤,水和大气都被严重污染,人类的健康也随之受到了威胁。因此,消除这些污染迫在眉睫。迄今为止,光催化技术被认为是最现实的解决方案之一。近年来,ZnO因具有较低的价格,稳定的性能,无毒,高的量子效应等优点,已成为被广泛应用的光催化剂之一。结构决定性能,所以,制备不同形貌和结构的ZnO材料已成为研究者们炙手可热的课题。但是,在ZnO作为光催化剂的催化过程中,由于光生载流子的分离效率较低,并不能达到让人们满意的光催化效果。因此,为了提高ZnO光生e-和h+的分离效率,大量的研究正在被进行。Ag作为一种贵金属,可以作为光生e-的有效俘获陷阱,与ZnO复合能够快速地转移走ZnO表面的光生e-,从而有效地提高光生h+和e-的分离率,进而使ZnO的光催化性质得到提高。因此合成独特结构和优良性能的Ag/ZnO复合材料具有相当重要的科学意义。本文采用简单的溶剂热合成方法,合成出了多种形貌的ZnO以及ZnO与Ag的复合材料。主要工作如下:(1)选用乙醇和二乙二醇作为反应溶剂,Zn(NO_3)2.6H_2O作为Zn源,采用溶剂热法一步合成ZnO。通过调控溶剂比例分别合成了球状,碗状和花状的分级结构的ZnO。利用EDS,XRD,FESEM,HRTEM,BET,UV–vis等测试手段对样品进行了表征,并对样品的形成机理进行了推测。实验选取亚甲基蓝(MB)作为目标污染物,在紫外光照射下,对所制备ZnO的光催化性能进行了研究。结果表明,当乙醇和二乙二醇的比为2:1时,合成的球状ZnO对MB的降解效率最高。(2)通过两次简单的溶剂热法合成了中空结构的球状Ag/ZnO复合材料。并对不同Ag修饰量的Ag/ZnO复合材料进行了各类表征。对Ag/ZnO复合物光催化性质的系统研究表明,Ag的修饰量不同,Ag/ZnO样品的光催化性质有很大不同。在UV光照射下,30%Ag/ZnO复合物对罗丹明B(RhB)的降解性能最佳。另外,在本章中,Ag/ZnO复合材料很好的催化循环稳定性能也得到了证明。(3)采用溶剂热法一步合成分级结构的空心球ZnO,在Ag_2CO_3作为Ag源的条件下,再利用一次溶剂热法合成Ag负载量不同的Ag/ZnO复合物,同时,ZnO的形貌和结构保持不变。通过样品在UV光下降解RhB和MB来评估所制备Ag/ZnO的光催化活性。Ag的负载量为20%的Ag/ZnO复合物对两种染料的降解效率最高。光照16分钟后,20%-Ag/ZnO对RhB的降解比例可达到99.3%,对MB的降解效率可达98.3%。值得注意的是,20%-Ag/ZnO复合物对实际污染物苯酚也具有很好的降解效果,50 mg/L的苯酚在紫外光照射60分钟后,几乎被完全降解。在本章最后,对可能的光催化机理以及样品的稳定性也进行了细致而深入地探究。