氧化鋅基納米復合材料的可控合成及其光催化性能研究.pdf

1、微量的毒性有機物，如染料和聚合添加劑等，都會造成嚴重的環(huán)境污染，威脅人類的健康。光催化作為一種非生物手段實現有機染料污染物降解而備受關注。半導體氧化鋅因其合成方法簡單、溫度低、無毒、無污染，具有巨大的商業(yè)應用潛力。但氧化鋅只吸收紫外光、紫外光照射的情況下會發(fā)生光腐蝕且很容易在極端的pH值中溶解等缺陷也大大阻礙了其實際應用。本文對半導體的光催化原理，影響光催化性能的主要因素進行了簡單的綜述。在此基礎上，確定以氧化鋅基納米復合材料光催化體系

2、作為研究對象，制備了多種納米復合光催化劑，并研究了其光催化活性。本文的主要研究內容包括以下三個部分:
　　1.均勻漢堡結構介孔炭聯(lián)合氧化鋅納米組裝體的一步溶劑熱法合成、高吸附及可見光光催化染料脫色性能
　　本章中，我們以乙二醇為溶劑，葡萄糖為添加劑，通過簡便、經濟、環(huán)保的溶劑熱法制備了均勻的漢堡結構介孔炭聯(lián)合氧化鋅納米組裝體(MC-ZnO)。所獲得的樣品具有較高比表面積104 m2g-1以及窄的孔徑分布約7.2 nm。產品對

3、剛果紅(CR)的吸附行為與朗格繆爾等溫吸附線有很好地吻合，且吸附過程服從于準二級動力學模型。由朗繆爾方程計算所得的樣品對CR最大吸附量是162 mg g-1，而商業(yè)ZnO納米粒子卻只有18.8 mg g-1。此外，所制備的納米組裝體在可見光下對染料（CR和羅丹明-B）敏化脫色也展現出增強的光催化活性。因此，本章中所介紹的MC-ZnO納米組裝體在廢水處理領域將具有潛在的應用前景。
　　2.微波輔助非水路徑在還原氧化石墨烯片上沉積Zn

4、O納米晶及其增強的可見光下光催化染料脫色性能
　　本章討論了在非水介質中以微波輔助這種新的戰(zhàn)略，在還原氧化石墨烯(rGO)片的表面上沉積單分散的ZnO納米晶以制備rGO/ZnO納米復合材料。該反應在二甘醇(DEG)中進行，是一個溫和而快速的過程，只需鋅鹽與rGO按比例混合，借助低功率(300 W)的微波輻射反應10min即成。所制備的納米復合材料不僅可以實現ZnO納米晶均勻分散的負載，更使其在可見光照射下展現出優(yōu)越的光催化染料（羅

5、丹明B和亞甲基藍）敏化脫色性能。因此，DEG不僅有助于增強rGO片的分散性，更在控制ZnO生長方面起到至關重要的作用。而且，ZnO納米晶的平均粒徑以及負載量可以通過改變鋅源的濃度而簡便調控。實驗結果還顯示，在所制備的納米復合材料中，ZnO納米晶的負載量在協(xié)調ZnO與rGO片的協(xié)同光催化染料敏化脫色方面是十分重要的。因此，本章就ZnO納米晶在rGO片上的最佳負載及最優(yōu)化的復合光催化性能方面做了系統(tǒng)研究，并給出了相應的合理解釋。
　　

6、3.微波輔助法構造同軸ZnO/C/CdS納米電纜及其增強的可見光驅動光催化活性在本章工作中，我們通過多步法過程成功制備了一種新穎的一維(1D)同軸納米復合物，由內而外依次為:氧化鋅納米棒內核、無定形炭中間層、硫化鎘納米顆粒殼層（即ZnO/C/CdS）。首先ZnO/C核殼結構納米電纜由ZnO納米棒和葡萄糖在水中經過160℃恒溫6小時的溫和水熱法組裝而成。然后，借助快速的微波輻射路徑將CdS納米粒子均勻地固定在ZnO/C核殼結構納米電纜表面

7、，形成三元同軸的ZnO/C/CdS納米電纜。進一步研究發(fā)現，炭層的厚度和CdS納米粒子的負載量，可以分別通過控制葡萄糖的攝入量和鎘鹽的濃度來實現調節(jié)。所制備的復合納米材料因其強烈的吸附作用以及三元ZnO/C/CdS界面處的協(xié)同效應而展示出異常高的光催化活性，在可見光的照射下降解羅丹明B(RhB)和亞甲基藍(MB)的光催化效果明顯優(yōu)于純ZnO納米棒、純CdS和ZnO/C核殼納米電纜。結果還表明，對于同軸ZnO/C/CdS納米電纜所要獲得的