ZnO納米復(fù)合材料的制備、表征及其光催化性能的研究.pdf

1、為了提高光催化活性和改善對太陽光的利用率，將不同半導(dǎo)體構(gòu)建成異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料就是一個好方法。本課題將著力在ZnO與其它半導(dǎo)體尤其是起著可見光敏化作用的窄帶隙半導(dǎo)體耦合形成復(fù)合催化材料方面進(jìn)行一定的研究，并探討如何有效地防止電子-空穴對的復(fù)合和提高光催化量子效率，特別是如何在可見光范圍內(nèi)降解染料廢水等有機(jī)污染物。
　　類石墨結(jié)構(gòu)的氮化碳(g-C3N4)和磷酸銀（Ag3PO4）的價帶位分別在ZnO的上面和下面，因此可以作為兩種敏化劑與Z

2、nO耦合設(shè)計成三種可見光復(fù)合光催化材料g-C3N4/ZnO，ZnO/g-C3N4和Ag3PO4/ZnO。同時，采用一鍋法成功制備出ZnO2/ZnO復(fù)合光催化材料。選用XRD、SEM、EDS、TEM、UV-vis DRS、XPS、BET、及熒光發(fā)射光譜等對這些復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行一些表征，通過TA-PL技術(shù)檢測光催化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的·OH自由基，通過加入一系列消除劑檢測染料降解過程中的活性物種，同時也探討了復(fù)合體系的光催化反應(yīng)機(jī)理。實驗

3、結(jié)果表明，這些復(fù)合光催化材料的催化性能與單個組分相比有顯著的提高，且制備的復(fù)合材料在光催化過程中均有良好的穩(wěn)定性。其它幾個方面的主要工作如下:
　　1、g-C3N4雜化的ZnO復(fù)合材料(g-C3N4/ZnO)是將沉積-沉淀法制備的前驅(qū)體通過簡單的熱處理得到的。復(fù)合材料中g(shù)-C3N4的最佳含量是5.0 wt.％。光氧化和光還原過程均遵循一級動力學(xué)。催化劑g-C3N4(5.0 wt.％)/ZnO光氧化RhB的速率常數(shù)為0.0367mi

4、n-1，而純g-C3N4的是0.0112 min-1。g-C3N4(5.0 wt.％)/ZnO光還原Cr6+的速率常數(shù)是純g-C3N4的5倍多。復(fù)合材料之所以有優(yōu)異的可見光催化性能，源于g-C3N4的激發(fā)電子注入到ZnO導(dǎo)帶上，從而有利于Cr6+還原和具有強氧化能力的·O2-，·OH自由基產(chǎn)生。
　　2、ZnO修飾的g-C3N4復(fù)合光催化材料（ZnO/g-C3N4）是采用一種既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的方法-球磨法制備的。ZnO在復(fù)合材料中的最

5、佳含量是15 wt.％。催化劑ZnO(15 wt.％)/g-C3N4降解RhB的速率常數(shù)是純g-C3N4的3.1倍。ZnO和g-C3N4之間有合適的價帶和導(dǎo)帶位和良好的界面作用，以至于價電荷能夠順利轉(zhuǎn)移，從而提高可見光催化性能。在ZnO/g-C3N4體系中，g-C3N4價帶上的h+和ZnO導(dǎo)帶上產(chǎn)生的·O2-，·OH對光催化降解RhB起著重要的作用。該研究可能為設(shè)計新型異質(zhì)結(jié)催化劑，解決g-C3N4在實際應(yīng)用中不令人滿意的催化活性和低的

6、太陽能轉(zhuǎn)化效率提供一些見解。
　　3、采用簡易的球磨法制備出高效的可見光復(fù)合光催化材料Ag3PO4/ZnO。催化劑Ag3PO4(3.0 wt％)/ZnO降解RhB的速率常數(shù)是純Ag3PO4的3倍。復(fù)合材料中Ag3PO4的最佳含量為3.0 wt％。Ag3PO4/ZnO體系中ZnO價帶上產(chǎn)生的·OH自由基對可見光降解RhB起著首要的作用。
　　4、含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)ZnO2的ZnO2/ZnO復(fù)合光催化材料是以ZnO和H2O2為原料