貴金屬納米材料的綠色合成及等離子體增強光催化.pdf

1、近年來，Au、Ag等貴金屬納米材料因其在可見光區(qū)表現(xiàn)出獨特的限域表面等離子體（Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR）性質(zhì)，而在催化、生物傳感和微區(qū)成像等領(lǐng)域引起廣泛的關(guān)注。雖然，目前各種形貌貴金屬納米材料的制備得到了迅速發(fā)展，但尋求更加高效、可控和環(huán)境友好的制備方法仍然是貴金屬納米材料合成的重要研究方向之一。同時隨著對環(huán)境保護的日益重視，利用半導(dǎo)體作為催化劑的光降解水中各類有機污染物具有巨大

2、的潛在應(yīng)用價值，但目前半導(dǎo)體催化劑存在光吸收范圍窄，光生電子-空穴分離效率低以及界面反應(yīng)動力學(xué)過程慢等急需解決的問題。因此，本文在開展貴金屬納米材料綠色合成的基礎(chǔ)上，將貴金屬納米材料和半導(dǎo)體結(jié)合形成復(fù)合光催化劑材料，從而一方面利用貴金屬納米材料獨特的 LSPR性質(zhì)來增強半導(dǎo)體材料的光吸收，另一方面利用貴金屬-半導(dǎo)體之間形成的肖特基結(jié)提高光生電子和空穴的分離效率。
　　本論文首先用多元醇法制備出大小和形貌可控的 Ag納米立方，然后將

3、所制備的Ag納米立方復(fù)合擔(dān)載到三維（3D）ZnO微球表面，形成了貴金屬-半導(dǎo)體復(fù)合光催化劑（Ag/ZnO），最后將所制備的 Ag/ZnO光催化劑應(yīng)用到光催化和光電催化降解離子液體的研究中。本論文各章具體的主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）簡要地闡述了貴金屬納米材料的綠色合成研究進展，及貴金屬納米材料的限域表面等離子體性質(zhì)（LSPR）及應(yīng)用，并對本文研究內(nèi)容進行介紹。
　　（2）采用多元醇法制備了尺寸不同的銀立方納米顆粒，對其形貌

4、進行了表征，并對溫度、硫化鈉的濃度、反應(yīng)時間等反應(yīng)條件進行探索和優(yōu)化，結(jié)果表明溫度的最佳范圍為150℃-155℃，硫化鈉濃度為28μM-30μM，反應(yīng)時間在10-20 min。
　?。?）用水作溶劑，海藻酸鈉為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，用水熱法制備了三維（3D）ZnO微球；用光照法和浸漬法分別將Ag納米顆粒和Ag立方擔(dān)載到ZnO微球表面，并利用掃描電鏡（Scanning Electronic Microscopy,SEM）、X射線光電子能譜分析

5、（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）、漫反射光譜（Diffuse Reflection Spectra, DRS）等對其形貌和結(jié)構(gòu)進行表征；最后對其 LSPR增強光催化降解離子液體的性能及降解機理進行了初步的研究和探討。結(jié)果顯示，擔(dān)載有不同含量 Ag的Ag/ZnO體系中，一方面，Ag納米粒子由于其獨特的LSPR性質(zhì)，增強了ZnO半導(dǎo)體催化劑在可見光區(qū)的吸收，從而提高了電子-空穴的產(chǎn)生效率；另一方

6、面，Ag-ZnO之間肖特基結(jié)的形成，大大提高了光生電子-空穴的分離。因此，Ag/ZnO比純ZnO表現(xiàn)出更好的光催化降解離子液體性能。此外，研究發(fā)現(xiàn)擔(dān)載有特定形貌Ag立方的Ag/ZnO體系降解離子液體性能最好，這可能歸因于Ag立方在可見光區(qū)表現(xiàn)出的獨特的LSPR吸收。最后，對降解產(chǎn)物分析和降解機理的研究表明，在光催化條件下，陰離子對離子液體降解的影響不大，降解時咪唑環(huán)上的烷基側(cè)鏈優(yōu)先發(fā)生斷裂，進而發(fā)生咪唑環(huán)的氧化、開環(huán)等反應(yīng)，從而使離子液

7、體發(fā)生降解。
　?。?）在前面研究的基礎(chǔ)上，考慮到懸浮態(tài)催化劑回收困難，易失活等缺陷，用旋涂和浸漬法將ZnO組裝到氧化銦錫（Indium Tin Oxide, ITO）導(dǎo)電玻璃片上制備了 ZnO光催化電極，并進一步將 Ag納米立方體擔(dān)載到 ZnO電極表面形成Ag/ZnO復(fù)合電極，并將其應(yīng)用到光電催化降解離子液體中，同時考察了光照強度及陽極偏壓等條件對光電降解性能的影響。研究結(jié)果表明，在一定的偏電壓和光照強度下，Ag/ZnO復(fù)合電極