ZnO和ZnO-CdSe的可控合成及其光催化性能研究.pdf

1、納米材料是21世紀(jì)科技發(fā)展的重要內(nèi)容，納米材料的制備和性能研究是納米材料研究的重點(diǎn).納米材料因其所具有的優(yōu)異性能，越來越多的引起人們的關(guān)注，在物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和界面科學(xué)等學(xué)科均有廣泛的應(yīng)用。
　　ZnO是一種典型的直接帶隙半導(dǎo)體材料，在常溫下的禁帶寬度為3.37 eV，同時其激子結(jié)合能達(dá)到了60 meV，所以有很高的應(yīng)用價值。ZnO化學(xué)性質(zhì)非常的穩(wěn)定，同時具有非常特殊的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，因其具有極高的工作穩(wěn)定性，在短波發(fā)光器件

2、方面具有很高的應(yīng)用價值。ZnO的應(yīng)用非常廣泛，在太陽能電池、光催化、壓電材料、氣敏材料和激光發(fā)射方面都有很高的利用價值。最近通過可控制備各種形貌的ZnO來提高其性能成為研究的熱點(diǎn)。
　　本文的主要工作如下：
　　1.以硝酸鋅和六次甲基四胺作為反應(yīng)物，乙二胺作為表面活性劑，制備具有不同形貌的ZnO納米材料。在該反應(yīng)體系中，通過改變NaOH的加入量來改變?nèi)芤旱腜H值，得到具有“片狀、啞鈴狀、雙子結(jié)構(gòu)和花狀結(jié)構(gòu)”形貌的ZnO納米材

3、料。通過XRD，SEM等物相表征方式證明得到了純凈的ZnO。分析了產(chǎn)物的構(gòu)成，推測出了反應(yīng)機(jī)理，并利用上述不同形貌的ZnO樣品進(jìn)行光催化降解亞甲基藍(lán)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明樣品的形貌與光催化效率有直接關(guān)系，在光催化降解的對比中，具有最好光催化降解效率的是“花狀”的ZnO，其次是“啞鈴狀”ZnO，而后是“片狀”和“雙子”結(jié)構(gòu)的ZnO，光催化效果最差的是“無定形”的ZnO顆粒。推斷出不同形貌的樣品不同比表面積對光催化性能造成影響。
　　2.通過

4、水溶液直接沉淀法，在室溫條件下，使用乙酸鋅和氫氧化鉀制備了具有絨線球結(jié)構(gòu)的ZnO。通過分析不同反應(yīng)時間下所生成的ZnO的形貌，推測出了產(chǎn)物的生長機(jī)理。使用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和高倍透射電子顯微鏡對產(chǎn)物進(jìn)行了物相分析和表征，在XRD圖譜中看以看出除了ZnO的特征衍射峰外沒有其他雜質(zhì)峰的出現(xiàn)，說明說生成了純凈的ZnO。樣品的SEM圖顯示絨線球狀ZnO是由厚度為50 nm的ZnO納米片交錯疊加構(gòu)成的，在該結(jié)構(gòu)中形成許多

5、孔洞，可以作為載流子和小分子的通道作用。通過光催化降解亞甲基藍(lán)實(shí)驗(yàn)證明了產(chǎn)物具有優(yōu)良的光催化性能，并且光催化循環(huán)反應(yīng)進(jìn)行6次以后，樣品的形貌和結(jié)構(gòu)仍然保持完好，說明樣品作為光催化劑具有良好的穩(wěn)定性和耐久性。
　　3.ZnO的禁帶寬度比較寬，在電子激發(fā)后具有較高的氧化還原電位，可以很好地降解有機(jī)污染物，但是過寬的禁帶寬度只能利用紫外光，而對可見光沒有響應(yīng)，降低了光的使用效率。通過窄帶半導(dǎo)體CdSe的復(fù)合，可以拓寬材料對光的響應(yīng)范圍，

6、通過在可見光的照射下對比有機(jī)染料亞甲基藍(lán)在以ZnO/CdSe復(fù)合物、P25、商業(yè)ZnO為光催化劑的降解速率得出ZnO/CdSe復(fù)合物具有更加優(yōu)異的光催化性能，同時樣品對光的響應(yīng)由紫外光區(qū)擴(kuò)展到可見光區(qū)，更加有效的利用了光能。我們水溶液法制備ZnO/CdSe復(fù)合物的方法具有能耗低、便捷、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，可以大范圍推廣使用。在反應(yīng)的過程中，不加入任何有機(jī)的表面活性劑，只是通過改變反應(yīng)的溫度、穩(wěn)定劑和ZnO的量得到負(fù)載量和微觀結(jié)構(gòu)不同的ZnO