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氧化锌的制备、改性及其光催化性能的研究

2020-12-08阅读(965)

氧化锌的制备、改性及其光催化性能的研究

论文摘要

近来,金属氧化物作为光催化剂降解环境中有机污染物的应用,引起了广泛的关注。ZnO拥有优异的催化性能,但是只能在紫外光的激发下,对有机物进行降解。这是因为其禁带宽度为3.3 ev,只能吸收波长小于380 nm的紫外光。在太阳光中,紫外成份约为5%-7%,而可见光约占46%,红外光为47%。因此为了高效率的利用太阳光进行光催化反应,拓展ZnO光催化剂的光吸收范围,本文通过离子掺杂和半导体复合两种方法,对ZnO进行改性。通过水热法在不同温度下制备了Co2+掺杂浓度不同的氧化锌粉体（0、0.5、1、3、5 mol%）,并且通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、紫外漫反射仪、光催化装置对其进行表征。所得结果为：所制备的ZnO粉体是六方纤锌矿,随着掺杂浓度的增加,ZnO衍射峰的强度逐渐降低,结晶程度越来越差。随着水热温度的升高,ZnO的形貌和尺寸发生了很大的变化由球状（100-200 nm）到椭球状（200 nm）、片状（300 nm）再到六棱柱（10μm）。不论是在低温还是在高温下,所制备的ZnO粉体,随着掺杂浓度的增加,其吸收逐渐向可见光范围内移动,并且在可见光的范围内反射率逐渐降低。ZnO粉体的光催化性能是通过在氙灯照射下降解甲基橙来表征的。通过掺杂,ZnO粉体的光催化效果是增强的,温度为60℃时,掺杂浓度为3%时,ZnO的催化性能最好,照射180 min后,甲基橙能够降解78.54%。通过浸渍还原氧化法,在不同Cu2+浓度下（0.125、0.25、0.5、1、1.5、2mol/L）,制备了ZnO/Cu2O复合催化剂。ZnO属于六方纤锌矿型,Cu20是立方结构。ZnO颗粒大小约为300-400 nm的棒状和块状,Cu20为球状,尺寸大小为50 nm左右,吸附在氧化锌表面。在复合物中,ZnO与Cu20的物质量比为：1：0.017、1：0.025、1：0.076、1：1.137、1：0.138、1：0.136。在可见光范围内（400-610 nm）,所有催化剂的反射率都有了明显的下降,并且随着Cu2+浓度的增加,反射率是降低的越来越明显。通过对甲基橙的降解,所有ZnO/Cu2O复合型催化剂对甲基橙的降解活性比ZnO高,并且当Cu2+的浓度大于1 mol/L时,所制备的ZnO/Cu2O复合型催化剂的催化活性还要大于Cu2O。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 文献综述
  • 1.1 引言
  • 1.2 半导体光催化研究进展
  • 1.2.1 半导体光催化氧化处理废水的机理
  • 1.2.2 半导体光催化的研究现状
  • 1.2.3 半导体光催化氧化存在的问题及发展趋势
  • 1.3 氧化锌简介
  • 1.3.1 ZnO的晶格结构
  • 1.3.2 ZnO的性质
  • 1.3.3 ZnO作为光催化剂的应用及其研究进展
  • 1.4 选题的意义及研究的主要内容
  • 1.4.1 选题的意义
  • 1.4.2 研究的主要内容
  • 第2章 实验
  • 2.1 实验药品与仪器
  • 2.1.1 实验药品
  • 2.1.2 实验仪器
  • 2.2 表征手段
  • 2.2.1 X射线衍射（XRD）分析
  • 2.2.2 扫描电镜（SEM）分析
  • 2.2.3 紫外-可见漫反射谱（UV-vis）分析
  • 2.2.4 光催化性能的表征
  • 2+掺杂氧化锌粉体的制备、表征及光催化性能研究'>第3章 Co2+掺杂氧化锌粉体的制备、表征及光催化性能研究
  • 2+掺杂氧化锌粉体的制备'>3.1 Co2+掺杂氧化锌粉体的制备
  • 2+掺杂浓度对氧化锌粉体结构、性质及光催化性能的影响'>3.2 Co2+掺杂浓度对氧化锌粉体结构、性质及光催化性能的影响
  • 3.2.1 样品的X射线衍射分析
  • 3.2.2 样品的SEM图像分析
  • 3.2.3 样品的紫外漫反射图谱分析
  • 3.2.4 样品的光催化活性表征
  • 2+掺杂氧化锌粉体结构、性质及光催化性能的影响'>3.3 反应温度对Co2+掺杂氧化锌粉体结构、性质及光催化性能的影响
  • 3.3.1 XRD的表征
  • 3.3.2 SEM图像分析
  • 3.3.3 样品的紫外漫反射图谱分析
  • 3.3.4 样品的光催化活性表征
  • 2+对氧化锌光催化性能影响的讨论'>3.4 掺杂Co2+对氧化锌光催化性能影响的讨论
  • 3.5 本章小结
  • 2O复合型光催化剂的制备、表征及其光催化性能的研究'>第4章 ZnO/Cu2O复合型光催化剂的制备、表征及其光催化性能的研究
  • 2O复合型光催化剂的制备'>4.1 ZnO/Cu2O复合型光催化剂的制备
  • 2O复合型光催化剂的结构、性质及其光催化性能的表征'>4.2 ZnO/Cu2O复合型光催化剂的结构、性质及其光催化性能的表征
  • 2O复合型光催化剂的XRD谱图'>4.2.1 ZnO/Cu2O复合型光催化剂的XRD谱图
  • 2O复合型光催化剂的SEM图像以及能谱分析'>4.2.2 ZnO/Cu2O复合型光催化剂的SEM图像以及能谱分析
  • 2O复合型光催化剂的紫外-可见漫反射光谱图'>4.2.3 ZnO/Cu2O复合型光催化剂的紫外-可见漫反射光谱图
  • 2O和ZnO/Cu2O的光催化性能测试'>4.2.4 ZnO、Cu2O和ZnO/Cu2O的光催化性能测试
  • 2O复合光催化剂的光催化机理'>4.3 ZnO/Cu2O复合光催化剂的光催化机理
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 结论
  • 参考文献
  • 附图
  • 致谢
  • 攻读硕士期间发表的论文

    • 相关论文文献

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