论文部分内容阅读
氧化锌(ZnO)作为一种典型的宽禁带多功能半导体材料,在很多领域具有广泛的应用。半导体光催化技术能利用太阳光来分解水和降解有机污染物,广泛应用于环境治理保护等方面。氧化锌作为一种性能优良的光催化剂,得到国内外广泛的研究。但是,单一的氧化锌半导体材料因为势垒等因素使得光催化效率不高。通过外来元素的掺入,能改变氧化锌本体的很多性能,如缺陷浓度、颗粒大小等,这些因素能提高氧化锌的光催化性能。因此,制备高效的氧化锌及其复合半导体材料是提高光催化效率的研究热点。本文以可溶性淀粉作为辅助生长剂,采用水溶液法和溶胶凝胶法分别制备了形貌均匀的氧化锌微球,以及铁、锰、铬、钴、镍与锌的氧化物复合物。采用粉晶X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、紫外可见漫反射(DRS)、荧光光谱分析(PL)、拉曼光谱(Raman)等多种表征技术对所合成样品进行了研究。SEM和FESEM表明,水溶液法制备的氧化锌微球形貌均一,单分散性好。SEM表明,在500℃焙烧之前氧化锌微球的粒径在200-450 nm之间,在500℃焙烧之后,氧化锌微球的粒径减小在150-300 nm之间。FESEM表明,氧化锌微球在焙烧前后均有较小的氧化锌小颗粒组成,焙烧之后这种氧化锌小颗粒由5nm增大到15-30 nm不等。Raman分析表明,采用水溶液法制备的氧化锌微球是由淀粉和氧化锌的复合物,在500℃焙烧之后的氧化锌微球只有氧化锌成分。DRS分析表明,采用溶胶凝胶法制备的氧化锌复合半导体粉末与单一的氧化锌粉末相比,其吸收边带均出现红移现象。在紫外光照条件下,我们对制备的氧化锌微球以及各种氧化锌复合半导体对模拟对硝基苯酚和罗丹明B废水进行光催化降解实验。实验结果表明,氧化锌微球在紫外光照下,对罗丹明B和4-硝基苯酚具有较好的光催化性能,而采用溶胶凝胶法制备的氧化锌复合半导体,只有Cr-Zn-O复合氧化物具有比相同条件下单一氧化锌更好的光催化性能。其中以Cr：Zn摩尔比为1：40的配比制备出的复合半导体,在光催化降解一小时后,对罗丹明B(5 mg/L)的降解率达到92%,而单一的氧化锌只有70%,掺入Cr之后,氧化锌复合氧化物的催化性能有很大的提高。其他金属(Fe、Mn、Ni、Co)的氧化锌复合半导体不仅没有提高单一氧化锌的催化性能,而且降低了氧化锌的催化性能。