納米ZnO粉體的制備及摻雜改性研究.pdf

1、光催化材料作為一種新型的環(huán)保材料具有重要的研究?jī)r(jià)值和意義。其中 ZnO作為一種寬帶隙(3.37 eV)光催化半導(dǎo)體材料,其激子束縛能高達(dá)60 meV,遠(yuǎn)高于其它寬禁帶半導(dǎo)體材料的激子束縛能,光催化活性較高,因此 ZnO作為光催化材料凈化環(huán)境的研究倍受人們的關(guān)注。
　　本文采用溶膠-凝膠法制備了納米ZnO及其摻雜粉體;運(yùn)用X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)和掃描電子顯微鏡(SEM)分別研究了ZnO及其摻雜粉體的微觀結(jié)構(gòu)和

2、形貌特征;同時(shí)采用熒光分光光度計(jì)和光催化裝置分別測(cè)試了ZnO及其摻雜粉體的發(fā)光性能和光催化性能,得到如下結(jié)論:
　　(1)對(duì)于無(wú)摻雜ZnO粉體,在煅燒時(shí)間為3h、煅燒溫度在773 K~1073 K之間時(shí), ZnO粉體均具有較好的結(jié)晶性,并且隨煅燒溫度的升高結(jié)晶性增強(qiáng)。煅燒溫度在873 K時(shí),ZnO粉體展現(xiàn)出完整的棒狀形態(tài),藍(lán)紫色熒光強(qiáng)度大,光催化效率最高。當(dāng)煅燒溫度為873 K煅燒時(shí)間在1 h~4 h時(shí),ZnO樣品呈現(xiàn)絨球狀,并且

3、絨球的直徑隨煅燒時(shí)間的不同而發(fā)生變化。當(dāng)煅燒時(shí)間為3h時(shí),絨球和絨毛的直徑最小,分別為5μm和65nm,比表面積最大。此時(shí),樣品的光催化性能最高。
　　(2)對(duì)于Mg摻雜ZnO粉體,研究表明,在Mg2+的摻雜濃度為10％時(shí),樣品的能隙為3.31 eV,小于純ZnO粉體能帶的理論值,導(dǎo)致樣品的吸收光譜范圍增大。由拉曼光譜和紅外光譜可以得知樣品中存在氧空位和鋅間隙等缺陷,因而阻礙了光生電子空穴對(duì)的復(fù)合,提高了光催化效率。當(dāng)Mg2+的摻

4、雜濃度為10％時(shí),ZnO粉體的光催化效率最高。
　　(3)對(duì)于Ce摻雜ZnO粉體,當(dāng)摻雜比例小于1:99時(shí),在煅燒溫度為773K下煅燒3h時(shí)所制備的粉體樣品沒有出現(xiàn)明顯的CeO2,樣品均呈現(xiàn)納米棒狀;隨Ce摻雜比例由0.3:99.7增大到1:99,光催化效率先升高后降低,在摻雜比例為0.5:99.5時(shí),樣品的光催化效率最高。
　　(4)當(dāng)Ce摻雜比例超過(guò)1:99時(shí),所制備的樣品均出現(xiàn)了明顯的CeO2。CeO2和ZnO形成了的

5、復(fù)合型異質(zhì)結(jié),能夠促進(jìn)光生電子空穴對(duì)的分離,從而提高光催化效率。隨CeO2摻雜比例的提高,ZnO納米粉體的光催化效率先升高后降低,在4:96時(shí)光催化效率達(dá)到最大,且高于0.5:99.5樣品的光催化效率。
　　(5)另外,由于煅燒溫度和煅燒時(shí)間均能夠改變粉體的微觀組織結(jié)構(gòu),因而對(duì)粉體的光催化效率也有一定的影響。研究表明對(duì)于Ce摻雜比例為0.5:99.5的樣品,煅燒時(shí)間為3h時(shí),隨煅燒溫度的增加,ZnO納米粉體的光催化效率先升高后降低