稀土元素(Ce、La、Eu)掺杂ZnO纳米材料的控制合成及其光催化应用

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通过化学合成方法(化学沉淀法和化学溶液沉积法)成功地合成了稀土元素(Ce,La,Eu)掺杂的ZnO纳米材料,研究了不同种类的稀土元素及实验参数对ZnO主体材料的结构、表面形貌、光致发光和光催化性能的影响。利用XRD、FESEM、Raman、TEM、PL、XPS和UV-Vis光谱等测试手段,对制备出的光催化剂表面形貌、结构、化学成分、光学性能和光催化活性进行测试。结果表明成功地将Ce4+、La3+、Eu3+离子引入ZnO主体中,合成了具有较好结晶质量的稀土元素掺杂ZnO纳米材料,并且稀土离子的掺杂对材料的光催化活性有所提升。研究得到如下主要结论:(1)采用化学沉淀法合成稀土Ce掺杂ZnO纳米颗粒,在紫外光的照射下光催化降解甲基橙染料溶液(MO)研究Ce掺杂ZnO纳米颗粒的光催化活性。结果表明:掺杂Ce后的氧化锌的光催化活性有所提高。其中,当Ce的浓度为2%,ZnO纳米粒子光催化活性大幅度提升。表明Ce的掺杂浓度对光催化活性有很大影响。同时,还发现了纳米材料内部的缺陷对光催化活性的提高也起了很大作用。(2)采用化学溶液沉积法合成不同掺杂浓度La/ZnO的样品,在紫外光照射下对RhB染料溶液进行光催化降解实验研究样品的光催化性能。研究表明:光照2.5h后,浓度为1.5%的La/ZnO的样品表现出最好的光催化活性,对RhB的光催化降解率达到100%。与未掺杂ZnO纳米材料相比,掺杂稀土元素的ZnO纳米材料的降解效率得到了很大的提高。其中,缺陷和形貌的调控对材料的光催化性能起到重要作用。(3)同样采用化学溶液沉积法合成不同掺杂浓度Eu/ZnO的样品,同样以紫外光作为光源,光催化降解RhB染料溶液研究掺杂ZnO的光催化性能。结果表明:掺杂浓度为1%ZnO具有更好的光催化活性。光照2 h后,降解率达95%以上。与未掺杂ZnO纳米材料相比,Eu的掺杂同样提高了ZnO纳米材料的光催化活性。但稀土离子浓度的提高是有限制的。
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