纳米ZnO的制备与光催化性能研究

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危害生物健康的有毒有机污染物治理是世界关注的一大难题,也是我国实施可持续发展战略必须优先考虑的重大环境问题之一,因此研究出一种能够有效分解有毒的有机污染物的材料成为研究热点。纳米氧化锌(ZnO)是一种重要的半导体材料,其禁带宽度与纳米氧化钛相近,因此也具有良好的光催化性能,在光的照射下,ZnO激发后产生空穴和电子从而具有氧化、还原的能力,使有机物发生氧化还原反应后逐步被降解,最终被完全氧化成对环境友好的CO2、H2O和无毒的无机小分子。将这一新型材料应用于处理水污染,为治理有机污染物提供了一种全新的思路。(1)本论文发展了一种简单的水热方法合成ZnO纳米结构。首先通过水热法合成了ZnO纳米杆结构;其次,在同等反应条件下,通过引入柠檬酸钠表面活性剂,使纳米杆结构转换为ZnO微球结构。(2)本论文主要以甲基橙水溶液为目标物,首先研究了纳米杆与微球结构对降解甲基橙的影响。另外通过改变生长时间、生长温度、溶液浓度等实验参数来研究不同的工艺条件对ZnO微球表面形貌的影响,进而影响它们对甲基橙溶液的催化性能。(3)分别采用FSEM、XRD和PL等表征手段对所得生长样品的形貌、材料组分和光致发光性质等进行分析;并深入地研究了它们的生长机理及催化机理。通过不同工艺条件下纳米结构的催化性能比较,我们得到了如下的结论:(1)ZnO球状结构的催化性能明显优于杆状结构;(2)通过控制工艺参数,可以制备出不同表面形貌的ZnO微球结构,且ZnO微球的尺寸在在一定范围内可以得到有效的调制,尺寸主要由溶液浓度控制。(3)ZnO微球的最佳生长条件是:温度为90°C,反应时间6小时,六水合硝酸锌和六次甲基四胺的浓度为0.002mol/L,二水合柠檬酸钠浓度为0.0025mol/L。表明ZnO纳米结构的尺寸越小,其对应的比表面积越高,那么催化性能越好。
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