论文摘要
随着社会的进步和工业的发展,环境问题日益严重,已经引起了各国政府高度重视,目前解决这一问题最有效的途径是利用光催化技术降解对环境有害的有机污染物。半导体作为催化剂以其优异的性能引起了广泛的关注。TiO2是目前应用最广泛的一种半导体光催化剂,它是一种间接带隙半导体,具有较低的电子跃迁几率,作为光催化剂降解有机物的过程中反应速率较低。ZnO是直接带隙半导体,因此ZnO比TiO2有更高的量子效率；而且ZnO表面存在的氧空位较多,为电子陷阱的形成提供充足的条件,增加电子与空穴的复合时间,从而提高光催化活性。但是ZnO是宽带隙半导体,其吸收光的范围较窄,只局限在紫外光区域。拓宽其带隙增强光吸收范围对光催化性能的提高是非常重要的。此外,提高光生载流子的分离,减少光生载流子复合也是提高光催化活性的重要手段。众所周知CdS是最典型的可见光催化剂之一。然而,粉末状的CdS在光催化反应时容易被自身产生的光生空穴氧化而遭到光腐蚀。人们使用多种手段来改进金属硫化物稳定性,例如,在CdS表面涂上贵金属(Pt),在硫化物的纳米微粒中加入光催化剂等都可以来提高金属硫化物的稳定性。同时CdS(2.4eV)的带隙小于ZnO(3.37 eV),因此使用CdS纳米颗粒对ZnO进行表面修饰制备出ZnO/CdS复合结构,此种复合结构的吸收波长可从紫外波段延展到可见光波段,提高了对光的利用效率。同时,由于CdS和ZnO能带的位置不同,能够促进光生载流子的分离。因此研究ZnO/CdS复合结构的光催化特性对于制备高效率半导体光催化材料具有重要意义。本文利用水热法通过在纳米ZnO上二次生长CdS纳米颗粒制备ZnO/CdS纳米复合结构。通过扫描电镜、X射线衍射、光致发光等测试手段对样品的形貌、结构和光学性质进行表征。研究CdS修饰前后纳米ZnO光催化活性的变化,并对不同ZnO基的ZnO/CdS复合结构进行了比较。结果表明,经过CdS修饰之后,纳米ZnO的光催化活性明显增强；还发现基于ZnO纳米带的ZnO/CdS复合结构的光催化活性明显高于基于ZnO纳米棒的ZnO/CdS复合结构。此外还将ZnO/CdS复合结构做成传感微电极,在其光催化降解有机物的同时,实现对催化过程的实时监测。