基于ZnO纳米线的复合纳米材料制备及光催化性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wilsonpfan
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随着纳米科学技术的快速发展,ZnO纳米线已成为一种具有高催化活性、无污染、低成本和环境友好的光催化剂。然而,ZnO纳米线在光催化降解废水有机污染物方面仍存在不足,如可利用的波长范围较窄、光生电子与光生空穴的复合率较高等,这明显限制了ZnO纳米线的光催化性能。目前,提高ZnO纳米线光催化性能的主要方法是对ZnO纳米线进行改性处理,如在ZnO纳米线表面沉积贵金属、掺杂金属离子、制备复合纳米线等,它们可以通过物理方法或湿化学方法来实现。其中,人们更多采用物理方法(如溅射法)对ZnO纳米线进行改性研究,但该方法需要昂贵的设备。而湿化学方法(如液相转换法)具有工艺简单、成本低等特点,在ZnO纳米线改性方面具有较大的潜力。因此,为提高ZnO纳米线的光催化性能,本文从改进水热法制备ZnO纳米线工艺出发,采用低成本的液相转换法制备TiO2/ZnO复合纳米线,并对其光催化性能进行表征分析。本文的主要研究内容与结论如下:(1)采用生长条件温和、操作简单、成本低的晶种水热法制备ZnO纳米线,分别研究氨水浓度、PEI浓度、生长温度、生长时间等不同生长条件对ZnO纳米线形貌的影响。结果表明:当生长液为25mMZn(NO3)2·6H2O、12.5mMHMTA、0.3MNH3·H2O、 5mM PEI、生长温度为90℃、生长时间为15h时,所制备的ZnO纳米线形貌较理想,平均长度达14.5 谬m、平均直径达667 nm、长径比达21.7、且无底部融合现象、直立性较好。(2)以所制备形貌较理想的ZnO纳米线为反应模板,采用成本低的液相转换法在ZnO纳米线表面沉积Ti02纳米薄膜,制得TiO2/ZnO复合纳米线,实验研究了沉积时间对TiO2/ZnO复合纳米线形貌的影响。结果表明:在本实验室条件下,制备TiO2/ZnO复合纳米线的最佳沉积时间为15 min。(3)以亚甲基蓝为待降解有机染料,以365 nm波长的紫外灯为光源,进行光催化实验,考察沉积Ti02时间为15 min时所制备的TiO2/ZnO复合纳米线的光催化性能。结果表明:TiO2/ZnO复合纳米线的光催化性能明显高于ZnO纳米线。前者在连续进行10次光催化实验之后,亚甲基蓝的降解率仍超过90%。结果表明:TiO2/ZnO复合纳米线不仅具有较高的光催化活性,且光催化稳定性也较好。
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