溶膠凝膠法制備納米ZnO及其光催化性能研究.pdf

1、納米ZnO是一種具有廣泛應(yīng)用、高附加值的無機(jī)功能半導(dǎo)體材料，由于其特殊的性能，廣泛應(yīng)用于氣體傳感器、圖像記錄材料、壓電材料、紫外線屏蔽材料、壓敏電阻、導(dǎo)電材料、磁性材料、高效催化劑和光催化劑等。
　　本文在參考大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，研究了溶膠-凝膠法制備納米ZnO粉體的工藝及其應(yīng)用。主要內(nèi)容包括：分別以草酸、檸檬酸、硬脂酸為絡(luò)合體系，以醋酸鋅為前驅(qū)物通過溶膠-凝膠法制備納米氧化鋅的對(duì)比研究，以XRD、SEM圖譜為表征依據(jù)，以結(jié)晶

2、程度、平均顆粒粒度、顆粒外貌形態(tài)以及顆粒的分散程度為判定依據(jù)，選擇正確的絡(luò)合體系。用正交實(shí)驗(yàn)的方法在初步確定絡(luò)合體系的前提下，對(duì)制備工藝的影響因素進(jìn)行了對(duì)比研究。在表面改性研究中，對(duì)不同親水基表面改性劑在制備ZnO工藝中的作用原理做出了對(duì)比，最后以沉降率為依據(jù)對(duì)表面改性劑做出了進(jìn)一步的選擇。在光催化實(shí)驗(yàn)的研究中，通過在原有納米ZnO的基礎(chǔ)上摻雜Mg2+、Nd3+以及Mg-Nd共摻雜，以XRD，SEM以及透光率為表征，選擇出摻雜離子的最佳

3、摻雜濃度。
　　結(jié)果表明：在以草酸為絡(luò)合劑的溶膠-凝膠法制備納米ZnO的制備工藝中，分別確定了各個(gè)影響因素的具體參數(shù)為：醋酸鋅濃度為0.6mol/L，草酸與醋酸鋅的摩爾比為3:1，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時(shí)間為2h，煅燒溫度為600℃，煅燒時(shí)間為3h，反應(yīng)體系的PH值為6，并且反應(yīng)方式為在室溫條件下醋酸鋅溶液緩慢加入到草酸的醇溶液中。
　　分別以檸檬酸三銨為陰離子表面改性劑，以聚乙二醇-1000為非離子表面改性劑，通過沉降率作

4、為分散穩(wěn)定性影響的依據(jù)，對(duì)表面改性的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化，通過在相同工藝條件下制備出的納米ZnO粉體沉降率隨時(shí)間的變化曲線。最終確定以陰離子表面改性劑檸檬酸三銨為表面改性劑。通過正交實(shí)驗(yàn)最終確定：改性劑與醋酸鋅的質(zhì)量比為8％、攪拌速度為1800r/m、改性時(shí)間為1.5h。
　　在研究納米ZnO光催化效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，用溶膠-凝膠法分別制備了Mg2+摻雜的Zn1-xMgxO粉末、Nd3+摻雜的Zn1-xNdxO粉末以及Mg-Nd共摻雜的Z

5、n0.9-xMg0.1NdxO粉末。Mg2+的摻雜濃度對(duì)粉體的光催化效應(yīng)有著決定性的影響，最終確定當(dāng)Mg2+的摻雜濃度為0.1時(shí)，ZnO粉體的光催化性能最高。在Nd3+摻雜的Zn1-xNdxO粉末的研究中，雖然隨著Nd3+摻雜濃度的提高，ZnO晶粒尺寸有了明顯的減小，但是當(dāng)摻雜濃度較高時(shí)，顆粒出現(xiàn)相互團(tuán)聚的現(xiàn)象。最終確定當(dāng)Nd3+的摻雜濃度為3%時(shí)，粉體的光催化性能最好。最終確定制備出Mg-Nd共摻雜的Zn0.9-xMg0.1NdxO粉