碳摻雜ZnO不同形貌材料制備及其光催化性能研究.pdf

1、ZnO和SnO2是兩種較常見(jiàn)、研究較多的半導(dǎo)體金屬氧化物光催化材料。而ZnO由于其無(wú)毒、形貌多樣化、廉價(jià)易得及制備條件簡(jiǎn)單溫和等優(yōu)點(diǎn)，在降解染料方面具有較高的光催化效率，受到廣泛關(guān)注。但研究顯示，寬禁帶的ZnO也存在一些缺陷，如對(duì)太陽(yáng)光利用率低、光生載流子復(fù)合幾率高、循環(huán)穩(wěn)定性差等，大大限制了其在光催化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。因此，如何提高ZnO材料的光催化活性，已成為當(dāng)今光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文以硝酸鋅、檸檬酸納和NaOH為原料

2、，添加不同碳源（如:乙二醇、葡萄糖和可溶性淀粉），采用先水熱后煅燒方法，制備不同形貌C摻雜ZnO光催化劑。采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、紫外-可見(jiàn)漫反射光譜(UV-Vis DRS)、熒光光譜(PL)等表征手段對(duì)制備樣品的形貌、組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。以活性黑GR溶液為模擬有機(jī)印染廢水，對(duì)所制備樣品的光催化活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析了活性黑GR降解的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
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3、.選用乙二醇為碳摻雜源，制備了不同形貌C摻雜ZnO樣品。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值和乙二醇添加量，研究不同條件制備的C摻雜ZnO對(duì)活性黑GR可見(jiàn)光催化降解性能的影響。結(jié)果顯示，在可見(jiàn)光照射下，C摻雜ZnO均表現(xiàn)出比純ZnO較優(yōu)的光催化活性。特別是當(dāng)反應(yīng)溶液pH=12，乙二醇添加量為30 ml時(shí)，制備的C摻雜ZnO樣品表現(xiàn)出最優(yōu)的光催化活性，100 min內(nèi)對(duì)活性黑GR溶液的降解率達(dá)到97％，這與其成熟的棒花狀形貌、較低的光生電子-空穴復(fù)合幾

4、率及較小的帶隙有關(guān)。
　　2.以葡萄糖為碳摻雜源，制備了不同形貌C摻雜ZnO樣品。經(jīng)過(guò)一系列表征可知，C摻入ZnO中。研究了反應(yīng)溶液pH值、葡萄糖用量及水熱溫度等因素對(duì)C摻雜ZnO樣品形貌的影響，提出了C摻雜ZnO樣品可能的生長(zhǎng)機(jī)理。對(duì)不同條件制備的樣品進(jìn)行可見(jiàn)光催化降解活性黑GR溶液測(cè)試。結(jié)果表明，在最佳的摻碳制備工藝條件:反應(yīng)溶液pH=12，葡萄糖添加量為2M，150℃水熱反應(yīng)10h，得到的C摻雜ZnO樣品在60min內(nèi)光催化

5、降解率達(dá)96％，活性高于其他條件制備的樣品。
　　3.以可溶性淀粉為碳摻雜源，制備了不同形貌C摻雜ZnO樣品。研究了反應(yīng)溶液pH值、淀粉用量及水熱時(shí)間等因素對(duì)C摻雜ZnO樣品形貌的影響。對(duì)不同條件制備的樣品進(jìn)行可見(jiàn)光催化降解活性黑GR性能測(cè)試。結(jié)果表明，在反應(yīng)溶液pH=12，淀粉添加量為0.1g，150℃水熱10h時(shí)制備的C摻雜ZnO樣品在60 min內(nèi)的降解率達(dá)99％，表現(xiàn)出比其他樣品更高的光催化活性，這可能與其球花狀形貌及適宜