硫化鋅納米材料的可控合成、表征及光催化性能研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境問題是21世紀(jì)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素，因此開發(fā)綠色能源和治理環(huán)境污染是目前科學(xué)和工程領(lǐng)域最重要的課題之一。半導(dǎo)體光催化劑具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在治理環(huán)境污染，特別是降解有機(jī)水污染物等方面?zhèn)涫荜P(guān)注。作為一種重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料，ZnS具有獨(dú)特的光電性質(zhì)和良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，是一種潛在的高效光催化劑。光催化反應(yīng)過程主要發(fā)生在催化劑表面，因此材料的形貌和比表面積是影響其光催化性能的重要因素。近年來，通過控制

2、光催化劑的形貌和尺寸等來改善其光催化性能已成為半導(dǎo)體光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文采用化學(xué)浴沉積法制備了幾種特殊形貌的ZnS納米結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)研究了樣品的形貌、結(jié)構(gòu)和成分等對(duì)其光學(xué)性能和光催化性能的影響。取得了以下幾方面的研究成果:
　　 (1)采用化學(xué)浴沉積法制備了立方相結(jié)構(gòu)的多孔ZnS納米球。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的pH值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多孔ZnS納米球的尺寸控制。制備的ZnS多孔納米球顆粒尺寸均勻、分散性良好。比表面分析表明，樣品含有2-

3、4 nm的微孔，比表面積約為31.09 m2/g。對(duì)不同pH條件下制備的樣品進(jìn)行了各種表征和亞甲基藍(lán)光催化降解實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，這些多孔納米球具有較高的光催化活性，pH=8.5條件下樣品的光催化活性最高，這主要?dú)w功于其較大的比表面積和良好的分散性。此外，還研究了反應(yīng)時(shí)間和檸檬酸三鈉的用量對(duì)樣品形貌和尺寸的影響。通過分析反應(yīng)原理結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了多孔ZnS納米球的形成機(jī)理。
　　 (2)在乙醇胺和水的二元混合溶液中合成了兩種特殊形

4、貌的ZnS納米結(jié)構(gòu)。研究了乙醇胺對(duì)ZnS形貌和性能的影響，在乙醇胺用量為125 mL時(shí)合成了一種直徑約50nm的刺球形ZnS納米結(jié)構(gòu)，樣品顏色為黑灰色且具有較高的光催化活性。研究發(fā)現(xiàn)乙醇胺不僅作為溶劑，還起絡(luò)合Zn2+和提供堿性環(huán)境促進(jìn)硫脲分解的作用。通過逐漸增加乙醇胺用量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ZnS納米結(jié)構(gòu)的形貌控制，合成的ZnS樣品的尺寸逐漸減小，表面越來越復(fù)雜，其顏色逐漸變深。
　　 (3)在檸檬酸三鈉和酒石酸混合絡(luò)合劑條件下合成了立