ZnS纳米材料的制备及表面改性对光催化活性的研究

论文摘要

环境污染已成为21世纪影响人类生存与发展的重要问题之一,半导体光催化去除环境污染物是近年发展起来的一种高级水处理技术,设计与制备高效、稳定、具有可见光活性的催化剂是实现其应用的关键。硫化锌（ZnS）是一类重要的光催化材料,但禁带较宽,只能被波长小于367 nm的紫外光激发,限制了其在光催化领域的广泛应用。本文基于ZnS对太阳能利用率低和光催化效率低等问题,采用Co掺杂改性的方法,以提高ZnS对可见光的吸收和光催化活性;利用XRD、SEM、XPS和紫外可见光谱等测试手段对材料的微观结构、表面形貌和光催化特性进行了研究。以乙酸锌、乙酸钴和硫脲等为原料,采用水热法合成了结晶好、细小、颗粒分布均匀的Co掺杂ZnS粉体,讨论了Co掺杂量对ZnS的结构、形貌和光催化性能的影响。微观结构分析表明,ZnS晶体的生长存在择优取向,颗粒大小不均。Co掺杂改变晶粒的生长特性和表面形貌,所制备的样品具有单分散性、颗粒分布均匀,平均粒径为200nm。高分辨透射电镜分析表明,球颗粒为多晶结构,由许多小尺寸的纳米晶（4nm）团聚而成。UV-vis测试表明,Co掺杂ZnS粉体使其吸收边红移,实现可见光响应,对甲基橙溶液的光催化降解活性远优于纯ZnS粉体。受镝灯照射120min后,2%Co掺杂ZnS的光催化降解效率为100%,而纯ZnS粉体仅只50%。此外,还研究了Co2+表面吸附对ZnS粉体光催化活性的影响。研究发现,ZnS表面吸附Co2+也可以提高ZnS对甲基橙的光催化性能,光照120 min后,光催化效率几乎可提高将近1倍。分析认为,Co2+以[Co（NH3）6]2+配合物的形式吸附在ZnS表面,更有利带负电荷的甲基橙的吸附,同时也可以作为电子空穴传递的桥梁,当带正电荷的[Co（NH3）6]2+配合物与溶液中带负电荷的甲基橙相吸附,光生空穴直接传递到甲基橙分子上发生氧化还原反应,从而提高了光催化反应的效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光催化反应
• 1.2.1 光催化反应原理
• 1.2.2 光催化反应研究的现状
• 1.3 ZnS 材料简述
• 1.3.1 ZnS 光催化原理
• 1.3.2 ZnS 纳米粒子的制备
• 1.4 论文选题的目的和研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验方法及测试
• 2.1 实验药品及仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 材料的制备
• 2.2.1 光催化剂的制备
• 2.2.2 光催化剂的测试
• 2.2.3 光催化活性的测试
• 第三章 水热法制备Co 掺杂ZnS 纳米晶及光催化性能
• 3.1 引言
• 3.2 Co 掺杂ZnS 粉体的表征
• 3.2.1 XRD 分析
• 3.2.2 UV-vis 分析
• 3.2.3 SEM 分析
• 3.2.4 TEM 和能谱分析
• 3.2.5 XPS 分析
• 3.3 Co 掺杂ZnS 光催化性能测试
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢