微波輔助制備Ag-ZnO-g-C3N4微納米多級(jí)復(fù)合光催化劑及其性能研究.pdf

1、一維ZnO納米半導(dǎo)體材料由于其激子結(jié)合能大、量子產(chǎn)率高、比表面積大及制備成本低等特點(diǎn)，在光催化領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。但存在禁帶較寬、可見光利用率低及光生電子-空穴易復(fù)合等問題，需對(duì)其進(jìn)行改性處理。本文結(jié)合具有表面等離子共振效應(yīng)的貴金屬 Ag和窄帶隙的新型綠色半導(dǎo)體類石墨氮化碳(g-C3N4)對(duì)ZnO進(jìn)行改性處理，利用高效、環(huán)保的微波輔助法合成Ag/ZnO/g-C3N4微納米多級(jí)復(fù)合光催化劑，從提高材料的光生電子-空穴分離效率、擴(kuò)大材料的吸

2、收光譜范圍、增加材料比表面積等方面改善ZnO的光催化性能。
　　首先，以乙酸鋅、六次甲基四胺為原料，采用微波輔助法分別制備出 ZnO微納米陣列和ZnO微納米棒，討論了不同工藝條件下所得樣品的物相、微觀形貌、形成機(jī)理及其在紫外-可見光下對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)溶液的降解效率。研究表明，以FTO為基底，存在ZnO晶種層，反應(yīng)物濃度為0.5 M，微波功率為240 W，反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)，可制備出垂直取向度高的ZnO微納米陣列，且分布均勻

3、，長度約1.1μm，光催化性能相對(duì)較好；當(dāng)無基底存在，反應(yīng)物的量為5 mmol，微波功率為240 W，反應(yīng)時(shí)間為15 min時(shí)，可合成分散性好、顆粒尺寸均一、表面活性位點(diǎn)多的ZnO微納米棒，其光催化效率相對(duì)較高。
　　其次，通過微波輔助法制備了沉積 Ag納米顆粒的 ZnO微納米陣列復(fù)合光催化劑，研究了Ag含量對(duì)Ag/ZnO微納米陣列微觀形貌、光學(xué)性能、光電特性及其在紫外-可見光下對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)降解效率的影響。研究表明，Ag含量

4、為4 wt％時(shí)，得到Ag納米顆粒可均勻沉積在ZnO微納米陣列上，Ag/ZnO微納米陣列可見光吸收能力明顯提高，光電流強(qiáng)度和光催化速率分別是單一ZnO微納米陣列的8倍和2.9倍。
　　第三，通過一步微波輔助法合成了Ag/ZnO微納米棒復(fù)合光催化劑，對(duì)其進(jìn)行物相、微觀形貌、光學(xué)性能及光催化性能表征，并探討了 Ag和 ZnO異質(zhì)結(jié)的形成機(jī)理。結(jié)果表明，Ag含量為3 mol%時(shí)，Ag/ZnO微納米棒微觀形貌及光吸收能力均較好，其在紫外-可

5、見光下60 min內(nèi)可完全降解MB，催化速率是單一ZnO微納米棒的4.1倍。
　　最后，利用簡單的熱縮聚法合成 g-C3N4粉體，經(jīng)超聲剝離后得到片狀g-C3N4；采用微波輔助法合成不同g-C3N4含量的ZnO/g-C3N4復(fù)合光催化劑，SEM及光催化性能研究表明，當(dāng)g-C3N4含量為0.1 g時(shí)，ZnO微納米棒被層狀的g-C3N4包裹，形成緊密的連接界面，能有效提高其在可見光下(≥400 nm)對(duì)MB的降解效率；進(jìn)一步以0.1

6、g的g-C3N4為復(fù)合相，采用微波輔助法合成不同Ag含量的Ag/ZnO/g-C3N4三級(jí)復(fù)合光催化劑，討論了樣品的物相、微觀形貌、光學(xué)性能及其在可見光下的光催化性能，并分析了Ag/ZnO/g-C3N4的光催化機(jī)理。結(jié)果表明，5 mol%-Ag/ZnO/g-C3N4表現(xiàn)出較好的可見光吸收能力及顯著的催化效果，其催化速率分別是單一ZnO、5 mol%-Ag/ZnO和ZnO/g-C3N4的7.5、2.9和2.4倍，催化效率的提高主要?dú)w功于 A