不同形貌纳米ZnO的制备、改性与光催化性能的研究

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为提高ZnO在可见光区的催化效果,本文对氧化锌纳米片和纳米柱进行了合成,然后用AgBr、CdS及La3+对两种形貌的氧化锌进行改性,制备出相应的光催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、固体紫外(UV-Vis)等对光催化剂进行表征,并考察了这些光催化剂在可见光下催化降解亚甲基蓝的活性。论文主要内容如下:  1、ZnO纳米片、ZnO纳米柱的制备  采用水热法,以二水合醋酸锌为原料、氨水为沉淀剂,十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙二醇1000(PEG1000)为模板剂,经100℃水热反应和50℃水浴反应,将获得的沉淀物煅烧后进行XRD与SEM测试,结果表明获得的样品分别是ZnO纳米片和ZnO纳米柱。对两种形貌的结构和形成机理进行了分析和讨论,最后得出结论是SDS和PEG1000扮演着形成ZnO的媒介,在反应中起着不同的作用,使ZnO具有不同的形貌。  2、对ZnO纳米片的改性  分别采用原位生长法和共掺杂法对ZnO纳米片进行AgBr、CdS复合和La3+掺杂改性,选取亚甲基蓝(MB)作为模拟的废水污染物,综合考察了可见光下复合物/掺杂元素的比例、pH值、催化剂用量、MB浓度等因素的影响,同时对AgBr改性的ZnO纳米片可见光降解亚甲基蓝进行了光催化反应动力学模拟,发现符合一级反应动力学方程。AgBr、CdS和La3+改性的ZnO纳米片光催化剂的可见光催化结果表明,10 mol% AgBr、5 mol% CdS和1 mol% La3+改性的ZnO纳米片的可见光催化效果最好,高于单纯的ZnO纳米片的可见光催化效果。所有样品的XRD和SEM结果显示,复合/掺杂后,氧化锌的结构和形貌没有发生改变,晶型良好,厚度均匀;三类光催化剂的固体紫外图谱表明:复合/掺杂后,样品均出现不同程度的向可见光方向移动的现象,使样品在可见光区的响应提高。最后对AgBr、CdS和La3+改性的ZnO纳米片的光催化机理进行了探讨。  3、对ZnO纳米柱的改性  分别采用原位生长法和共掺杂法对ZnO纳米柱进行了AgBr、CdS复合和La3+掺杂改性,以亚甲基蓝(MB)作为模拟的废水污染物,综合考察了复合物/掺杂元素的比例、pH值、催化剂用量、MB浓度等因素的影响。AgBr、CdS和 La3+改性的ZnO纳米柱光催化剂的可见光催化结果表明:1 mol% AgBr、1mol%CdS和2.5 mol%La3+的ZnO纳米柱的可见光效果最好。
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