不同形貌氧化锌晶体的制备及其光催化性能、吸附性能

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunyanjun03
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作为多功能材料的氧化锌,其性能与形貌密切相关,但形貌的有效调控一直是难以解决的问题。本文采用水/溶剂热法,通过调控各种实验参数,成功制备了多种形貌的氧化锌单晶体及其集合体。初步研究了不同反应体系中各种因素对氧化锌晶体形貌的影响,以及形貌与氧化锌晶体光催化性能和吸附性能的关系。(1)通过调控不同体系中原材料的用量、反应温度和时间、溶剂、添加剂等工艺参数,制备了莲花台状双晶、六方柱组成的球粒晶、六方板/片组成的球粒晶以及菜花状球粒晶等多种不同形貌的氧化锌。(2)不同混合溶剂对氧化锌形貌有明显的影响。在水和二甲基亚砜(DMSO)混合溶剂体系中,产物为形貌新颖的莲花台状氧化锌双晶;以水和丙酮为溶剂的产物均为氧化锌呈放射状分布组成的球粒晶;在水和醇的混合溶剂体系中,所得产物为不同形态的锥状氧化锌晶体组成的梭形集合体以及形态不完整的球粒晶。(3)不同溶剂的用量对氧化锌形貌的影响。在水和DMSO混合溶剂体系中,随着DMSO和水的比例由5:1逐渐降低到2:1,双晶的形态由哑铃状逐渐转变为形态完整的莲花台状。在水和丙酮体系中,随着丙酮和水的体积比由8:1逐渐降低到1:4,组成球粒晶的氧化锌单晶体由六方柱状逐渐过渡到六方板状甚至六方片状,其中,丙酮和水的体积比为4:1时,产物为形态完美的六方柱状氧化锌组成的球粒晶,丙酮和水的体积比为3:8时,产物为六方片状氧化锌组成的球粒晶。在水和醇的混合溶剂体系中,醇的用量较少时,产物为不同形态的锥状氧化锌晶体组成的梭形集合体,醇的用量增加,产物为形态不完整的球粒晶。(4)酸碱度不同的溶剂体系中,产物的形貌明显不同。以氨水为主的弱碱性体系中,产物为菜花状球粒晶,而在KOH强碱性体系中,产物为棒状单晶体组成的不完整球粒晶。谷氨酸等有机酸的加入,在一定程度上抑制了氧化锌的形成和单晶体的聚集。(5)反应时间对产物的形貌影响不大,主要是对产物的大小有一定的影响。在其他条件相同的情况下,随着反应时间的延长,产物的尺寸也随之增大。(6)溶剂和添加剂的性质不同,对晶体的成核速率以及不同晶面的生长速率的影响是形成不同形貌氧化锌的主要原因。DMSO、丙酮、丙三醇等不仅影响晶体的成核,而且对氧化锌不同晶面的发育程度也有明显的影响;DMSO和丙三醇具有阻碍氧化锌成核的作用,丙酮具有降低(0001)和(10(?)0)晶面发育的作用,极性溶剂甲醇和乙二醇有促进(0001)晶面发育的作用。谷氨酸、水杨酸、山梨酸等有机酸有促使氧化锌晶体形成不同形貌聚集体的作用。(7)不同形貌氧化锌晶体的光催化降解能力不同,吸附能力也有差异。氧化锌对不同有机染料的光催化降解能力明显不同:亚甲基蓝光照150min时的降解率高达99.05%,而罗丹明B光照180min时,其降解率为96.48%、甲基橙的降解率只有68.31%。稀疏型放射状球粒晶的光催化降解能力是紧密型球粒晶的两倍,纳米级双晶的光催化降解能力比微米级双晶的高两倍。在其他条件相同的情况下,不同形貌的吸附能力从小到大依次为大束状球粒晶<紧密型菜花状球粒晶<小束状球粒晶<稀疏型均匀放射状球粒晶。(8)在光照条件下,氧化锌晶体比较容易产生羟基自由基和超氧基自由基是其具有优异光催化降解性能的根本原因。不同形貌氧化锌裸露的有效反应面积不同,导致不同形貌氧化锌光催化性能的差异。氧化锌晶体对染料的吸附作用是以化学吸附为主、静电作用力为辅的吸附。纳米尺度和聚集程度低的氧化锌形貌提供的吸附反应面积较大,有利于提高产物的吸附性能。
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