介晶ZnO及Ag/ZnO、ZnO/RGO的简易制备和光催化性能研究

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半导体光催化技术是近年来处理污水的一种常用方法,具有非常广阔的应用前景,因此广大科研工作者一直致力于研究具有良好光催化活性的光催化剂。光催化剂的活性很大程度上取决于其形貌和结构,所以它的可控制备是光催化领域的重要研究课题。ZnO是目前研究较多和应用较为广泛的光催化剂之一,本文系统的研究了介晶ZnO的简易制备及其形成过程中的影响因素,并且比较研究了Ag/ZnO和ZnO/RGO两种复合材料的制备,深入研究了所合成材料的光催化活性,探讨了可能的形成机理。本文的主要工作和研究结果如下:(1)介晶ZnO的简易制备及其光催化性能研究通过沉淀-焙烧法,以乙酸锌溶液、氢氧化钠溶液和盐酸溶液为原料,控制反应时间为1h,反应温度为20℃制备了束状的介晶Zn(OH)2,通过XRD、SEM、PL、DRS等表征手段对产物的形貌和结构进行了表征,实验结果表明,H+在介晶的形成过程中起着至关重要的作用,只有当H+:Zn2+为1:1.3时才能得到由纳米线组装成的长为2-5μm,直径为0.5-1.5μm左右的束状介晶Zn(OH)2。将此介晶在600℃煅烧后得由纳米颗粒组成的束状ZnO介晶,每个ZnO纳米颗粒大小约为60nm。通过光催化实验证明,ZnO介晶具有良好的光催化活性,论文还对产物的形成机理进行了探讨。通过循环实验也证明了束状的ZnO介晶稳定性很好,这些结果表明,所合成的束状的介晶ZnO是一种良好的半导体光催化材料,在降解污水方面具有一定的应用前景。(2)Ag/ZnO复合材料的制备及其光催化性能研究以前面合成得到的束状的介晶ZnO为基质材料,再通过简单的银镜反应,合成了不同含银量的Ag/ZnO复合光催化剂。利用EDS能谱、XRD、DRS、PL光谱等测试手段对该复合材料进行了表征,结果表明,Ag颗粒能够负载到介晶ZnO中,并且Ag与ZnO之间有很强的协同作用,减少了ZnO的表面缺陷,并且由于Ag的电子俘获作用,阻碍了电子与光生空穴的复合,从而提高了Ag/ZnO的光催化活性。光催化实验表明,当Ag的含量为5%时,Ag/ZnO复合光催化剂的光催化活性最好,并且具有很好的稳定性,通过对Ag/ZnO复合物光催化机理的探究,证明了光生空穴h+是主要的活性物质。(3)ZnO/RGO复合材料的制备及其光催化性能研究采用氧化还原法制备了氧化石墨(简称GO),以GO为分散液,与ZnO颗粒原位复合,同时在此过程中加入水合肼,将GO还原为还原石墨烯(简称RGO),改变GO的用量,制备出了不同石墨烯含量的ZnO/RGO复合物。通过TEM、XRD、PL、DRS等测试方法对石墨、氧化石墨等进行了表征,结果表明,氧化石墨烯为单层片状结构,与石墨相比,氧化程度较高。RGO具有良好的电子传导作用,能够减少光生电子与空穴的复合几率,能够明显提高复合物的光催化活性,并且当石墨烯的含量为10%时,复合物的光催化活性最好。最后提出了ZnO/RGO复合物的形成机理。
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