【摘 要】
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氧化锌(ZnO)作为常见的宽禁带半导体材料,具有良好的紫外光和可见光吸收、物理化学性质稳定、成本低、制备简单等特点,因此被广泛用于制备场发射器件、太阳能电池和光催化材料等领域。ZnO作为光催化材料主要用以降解有机污染物、分解水产氢、还原二氧化碳制备碳氢化合物等,但是其仍具有一些缺点限制了光催化性能。首先,ZnO具有3.37 eV的宽带隙,因此能利用的紫外光(波长小于400 nm)仅占太阳光的4%左
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氧化锌(ZnO)作为常见的宽禁带半导体材料,具有良好的紫外光和可见光吸收、物理化学性质稳定、成本低、制备简单等特点,因此被广泛用于制备场发射器件、太阳能电池和光催化材料等领域。ZnO作为光催化材料主要用以降解有机污染物、分解水产氢、还原二氧化碳制备碳氢化合物等,但是其仍具有一些缺点限制了光催化性能。首先,ZnO具有3.37 eV的宽带隙,因此能利用的紫外光(波长小于400 nm)仅占太阳光的4%左右;其次,ZnO的载流子容易快速复合,不利于保持良好的光催化性能;最后,ZnO具有光腐蚀现象,在光催化反应的过程中自身结构容易受到破坏,不利于光催化剂的循环利用。为了解决ZnO上述问题,常通过易操作、成本低的化学方法,制备不同形貌的纳米结构、元素掺杂和半导体材料修饰等方法构建异质结,来提高ZnO的光催化性能。本论文通过简单的水热法,在基底中Al元素的调控作用下,制备新型蜂窝状ZnO介孔纳米墙阵列(ZnO-MNWAs)结构;以磁控溅射法修饰贵金属Ag量子点,制备并表征Ag@ZnO-MNWAs材料。ZnO-MNWAs和45s-Ag@ZnO-MNWAs的能带分别被调控为3.12 eV和3.11 eV。ZnO-MNWAs和45s-Ag@ZnO-MNWAs在90min时降解甲基橙(MO)的百分比分别为79%和93%,降解反应均符合一阶反应,反应常数分别为纯ZnO NRs的反应常数的5.97和9.08倍。Al基板能快速传导电子;ZnO-MNWAs和45s-Ag@ZnO-MNWAs使得可吸收光的范围被拓宽且被增强;光生载流子的分离效率提高,使得光催化性能被大幅度提高。本论文还通过简单的化学方法将ZnO NRs与窄带隙的材料g-C3N4和Ag2S复合形成核壳结构,构建有效的异质结体系Ag2S/g-C3N4/ZnO。探究了Ag2S和g-C3N4的最佳修饰量和制备条件。g-C3N4/ZnO和15Ag2S/g-C3N4/ZnO能带宽度分别为3.1eV和2.3 eV。g-C3N4/ZnO和15Ag2S/g-C3N4/ZnO在75 min时的MO降解率分别为41.3%和75.6%,且其光催化性能分别是纯ZnO NRs光催化性能的2.2倍和5.9倍。g-C3N4具有类石墨的层状结构,有利于快速传导电子,使得光生载流子的分离效率提高,从而光催化性得到提高;窄带隙材料修饰拓宽了吸收光的范围,而且极大的增强了可见光的吸收强度;异质结的内建电场使得光生载流子的定向移动,促进了载流子发生有效分离,从而提高了光催化性能。
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