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ZnO与TiO_2的光催化及其光电转换耦合性能的比较

谢炜  
【摘要】: 环境污染及能源危机成为人类亟待解决的重大课题。以ZnO和TiO2等半导体氧化物为光催化材料的光催化技术由于效率高、能耗低、反应条件温和、可减少二次污染等优点,越来越引起人们的重视。 本文对微米级ZnO、纳米级ZnO以及德固赛厂家生产的TiO2(P25)的光催化性能进行了比较研究,探索了提高ZnO光催化稳定性的方法。研究结果表明在紫外-可见光和可见光的激发下,微米级ZnO对各种染料污染物(如:结晶紫、亚甲基蓝、橙黄G、甲基橙等)光催化降解催化活性是P25的2.6~35.7倍,微米级ZnO表现出比纳米级ZnO好得多的光稳定性,用少量TiO2对ZnO进行表面修饰可以显著提高微米级ZnO的光稳定性。 采用XRD、Raman、BET、DRUV-vis、染料吸附、光电化学测试和荧光光谱(PL)等对光催化剂进行了表征,结果表明,在紫外-可见光激发下,微米级ZnO的光催化活性比P25高的原因是由于微米级ZnO的光生电子和空穴的产生、迁移和分离的效率比P25高;在可见光激发下,微米级ZnO的光催化活性比P25高的原因是由于电子从受激发的染料分子转移到微米级ZnO导带的光敏化效率比P25高;微米级ZnO比纳米级ZnO的光稳定性好是因为前者具有较好的结晶度和较少的缺陷;用少量TiO2对ZnO进行表面修饰可以显著提高微米级ZnO的光稳定性的原因是由于TiO2的存在使微米级ZnO的表面缺陷明显减少。 基于微米级ZnO和TiO2表面修饰的ZnO具有非常好的光催化活性,本文设计了一种新型光催化降解与光-电转换耦合器件,在该耦合器件上,光催化降解染料污染物和光电转换可以同时实现,这为环境净化和能源再生提供了一种新尝试。


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