功能性納米ZnO的調(diào)控制備、表征及其光催化性能研究.pdf

1、光催化氧化處理有機(jī)廢水技術(shù)是一項(xiàng)耗能低、易操作、無(wú)二次污染，具有廣闊應(yīng)用前景的新技術(shù)。然而其實(shí)際應(yīng)用仍然受光催化效率較低所限制，因此，發(fā)展高效光催化劑已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的研究課題。ZnO是一種高效、無(wú)毒性、價(jià)格低廉的重要光催化劑，在降解和完全礦化環(huán)境中污染物領(lǐng)域備受關(guān)注。眾所周知，無(wú)機(jī)材料的形貌對(duì)其多樣化的性能及其相應(yīng)的應(yīng)用有重要的影響，而ZnO是一種具有豐富多樣形貌的寬禁帶半導(dǎo)體材料。因此，制備特殊形貌的ZnO納米材料，可以有效的改善其

2、光學(xué)性質(zhì)，提高其光催化性能。本文采用低溫液相合成法制備了具有特殊形貌的納米ZnO粉末和薄膜材料，并且對(duì)材料進(jìn)行了系統(tǒng)的表征和光催化降解性能的研究。圍繞以上內(nèi)容，主要開(kāi)展了以下幾方面的工作： (1)應(yīng)用簡(jiǎn)單低溫水熱法，無(wú)需加入表面活性劑，成功制備不同形貌的納米ZnO。通過(guò)對(duì)影響ZnO樣品的因素進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)溶液中的堿性，可以得到花狀和棒狀形貌的ZnO。X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和選取電子衍

3、射(SAED)表征分析顯示，花狀形貌的ZnO是由許多根納米棒輻射發(fā)散自組裝形成的，ZnO納米棒為六方纖鋅礦單晶結(jié)構(gòu)，沿[0001]方向生長(zhǎng)。并且根據(jù)晶體成核和生長(zhǎng)方向理論，對(duì)ZnO納米花和ZnO納米棒的可控生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了探討。 (2)通過(guò)紫外-可見(jiàn)漫反射光譜(DRS)、拉曼光譜(Raman)、光致發(fā)光光譜(PL)、X射線光電子能譜(XPS)和表面光電壓譜(SPS)對(duì)不同形貌的納米ZnO進(jìn)行表征，分析了特殊形貌的ZnO具有的電子結(jié)

4、構(gòu)和表面組成。所制備的不同形貌的納米ZnO在光催化氧化降解染料和有機(jī)物污染物中都有很好的性能。ZnO納米花光催化降解染料和酚類(lèi)化合物的能力強(qiáng)于ZnO納米棒，是由于在PL、XPS和SPS表征中發(fā)現(xiàn)，ZnO納米花的表面含有大量的氧空位，而氧空位可以作為光催化劑的活性中心，捕獲光生電子，從而抑制光生電子和空穴的復(fù)合。 (3)應(yīng)用簡(jiǎn)單的低溫液相合成法在鋅片上制備了高度定向排列的ZnO納米棒陣列薄膜，這里鋅片不僅用作基底，同時(shí)也作為鋅離子

5、源，通過(guò)在甲酰胺水溶液中直接生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列薄膜。這種自源生長(zhǎng)方法簡(jiǎn)單、低耗，無(wú)需在基底上預(yù)先生長(zhǎng)一層ZnO粒子作為生長(zhǎng)陣列的種子層，也無(wú)需在溶液中加入鋅離子溶液。XRD、高倍透射電鏡(HRTEM)和SAED表征分析，表明ZnO納米棒陣列是六方纖鋅礦的單晶結(jié)構(gòu)，沿c軸方向晶面擇優(yōu)取向生長(zhǎng)。此外，對(duì)ZnO納米棒陣列薄膜的形成機(jī)理進(jìn)行了探討。 (4)通過(guò)DRS分析，估算ZnO納米棒陣列薄膜的帶隙能為3.24eV，相比體相ZnO(

6、3.37eV)有所紅移。ZnO納米棒陣列薄膜的PL譜中出現(xiàn)一個(gè)位于383nm處強(qiáng)的紫外發(fā)光峰和兩個(gè)位于450和468nm處弱的可見(jiàn)發(fā)光峰。拉曼光譜分析表明，位于437cm-1處的E2H強(qiáng)振動(dòng)峰對(duì)應(yīng)于六方纖鋅礦ZnO特征振動(dòng)，位于332、379、415和580cm-1處的弱的振動(dòng)峰分別對(duì)應(yīng)于ZnO的3E2H-E2L、A1(TO)、E1(TO)和E1(LO)振動(dòng)。此外，將ZnO納米棒陣列薄膜光催化降解4-氯酚的效果與生長(zhǎng)于鈦基底上ZnO納米