论文摘要
近年来,ZnO纳米棒因其独特的性能而在光电子器件、气体传感器、抗菌消毒等各方面的应用已经引起人们的广泛关注。同时,随着环境污染的日益严重,ZnO纳米棒在光催化降解有机污染物方面的应用也成为当前研究的热点之一。本文采用一步溶液生长法,在无催化剂,无基底辅助的条件下制备出ZnO纳米棒。在此基础上,我们进一步优化工艺,采用固体生长法制备出具有较大比表面积的ZnO纳米棒,并且测试了其所具有的优异的光催化性能。针对ZnO在光催化过程中容易发生光腐蚀以及化学腐蚀的缺点,采用在ZnO纳米棒膜表面修饰TiO2纳米粒子的方法对其改性。通过研究不同溶胶组分、真空干燥时间、热处理工艺等,确定了制备具有较高比表面积的ZnO纳米棒的最佳工艺:锌离子浓度为0.20mol/L,氢氧化锂加入量为0.14mol/L,95℃下加热搅拌得到溶胶。所得溶胶在95℃下真空干燥24h,研磨至粉末后,缓慢加热至350℃保温2h,随炉温自然冷却即可得到。研究结果表明,上述所得ZnO纳米棒因为具有较高的比表面积（27.206m2/g）,因而具有优越的光催化性能。在催化剂初始浓度为0.1g/L时,对甲基橙的光催化性能超过了商用P25。同时发现,它对其他染料同样具有优异的光催化性能:如ZnO纳米棒能在较短时间内使亚甲基蓝脱色（在光照20min后,它对亚甲基蓝的降解率已经达到96.73%,而商用P25对亚甲基蓝的降解率仅为44.5%）。采用改进的两步溶液化学法制备取向性较好的ZnO纳米棒膜,在其表面修饰适量的TiO2。修饰后的ZnO纳米棒膜吸收带边向可见光区域有整体的移动,在420nm左右出现了一个新的吸收峰,表明ZnO和TiO2之间存在一定的能带耦合作用而使其在可见光存在一定的吸收光子的能力。实验过程中发现ZnO纳米棒膜光催化降解污染物的效率随着光强的增加而增加,但不是简单的线性关系;修饰后的ZnO纳米棒膜对亚甲基蓝,曙红的光催化性能均有所改善。在上述实验的基础上,进一步研究了表面修饰前后的ZnO纳米棒膜的光稳定性。结果表明:使用TiO2纳米粒子对ZnO纳米棒的表面进行修饰后,TiO2纳米粒子可以有效保护ZnO纳米棒,从而有效改善ZnO纳米棒膜的化学和光化学稳定性,因而具有诱人的应用前景。