纳米ZnO及其复合物的制备和光催化性能研究

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纳米氧化锌(ZnO)是近年来研究较多一种新型多功能无机材料,它具有特异的物理和化学性质,在很多领域应用中体现出非常广阔的前景,特别是在与人们生活紧密联系的环境净化应用中体现出独特的能力,由于氧化锌的禁带较宽,只能在能量较高的紫外光区域响应的缺点限制了纳米氧化锌在实际中的应用。因此,对于纳米ZnO的制备、改性和光催化性能研究,已经成为当今主要的研究热点。本论文在概述了半导体光催化反应的基本原理及影响因素和纳米ZnO在光催化方面的研究进展的基础上,采用了水浴法、超声辅助水浴法先后制备了具有特定形貌的花球状纳米ZnO、刺球状纳米ZnO、并分别在花球状ZnO和刺球状纳米ZnO表面成功负载了CdS,在刺球状纳米ZnO表面成功的负载了CuS。采用XRD、FESEM、DRS等表征手段对三种复合物物相结构、形貌、光催化性能进行了研究。主要内容包括以下几个方面:(1)以NaOH和Zn(CH3COO)2·2H2O为原料,采用水浴法制备了花球状纳米ZnO。并以此为基底,以Cd(CH3COO)2·2H2O和H2HCSNH2为原料,采用超声辅助水浴法制备成功的在ZnO的表面负载了CdS,制备了花球状CdS/ZnO复合物,并对花球状纳米ZnO和花球状CdS/ZnO复合物的形成机理及过程进行了探讨,利用光电流工作站对其光电性质进行了研究,研究结果表明CdS/ZnO复合物在可见光下的光响应电流强度优于纯的ZnO和CdS。检测了CdS/ZnO复合物的光吸收范围,检测结果显示CdS/ZnO复合物的光吸收范围在可见光区域。利用孔雀石绿和刚果红对其进行了光催化性能检测,并与纯的ZnO和CdS做了比较,结果表明:花球CdS/ZnO复合物对孔雀石绿和刚果红的降解量分别达到了94.43%和91.94%,高于ZnO和CdS对孔雀石绿和刚果红的降解率。以及对CdS/ZnO复合物降解进行了研究,通过自由基捕获实验,我们发现所制得CdS/ZnO复合物在降解孔雀石绿时是·O2-和·OH起着主要的催化降解作用,在降解刚果红的过程中·O2-起着催化作用。(2)利用NaOH溶液提供的OH-促进Zn(CH3COO)2·2H2O的水解,结合水浴法制备了刺球状纳米ZnO。水浴法为Cd(CH3COO)2·2H2O水解产生的Cd2+和H2HCSNH2水解产生的S2-结合生成CdS提供了能量,利用上述方法成功的在ZnO的表面负载了CdS,制备了复合物CdS/ZnO,利用XRD和FESEM对CdS/ZnO复合物的物相和形貌进行了分析,分析结果表明:实验制得的样品为CdS/ZnO复合物。进一步探讨了刺球状纳米ZnO和CdS/ZnO复合物的形成机理及过程,利用紫外-可见分光光度计检测CdS/ZnO复合物的光吸收范围,结果表明:CdS/ZnO复合物能通过吸收可见光获得能量。利用孔雀石绿和刚果红对CdS/ZnO复合物进行了光催化性能检测,并与纯的ZnO和CdS做了比较,结果显示:刺球状CdS/ZnO复合物光催化降解孔雀石绿和刚果红的能力高于纯的ZnO和CdS。(3)以刺球状ZnO基底,以CuCl2·2H2O和H2HCSNH2为原料,采用超声辅助水浴法制备成功的在ZnO的表面负载了CuS,制备了复合物CuS/ZnO复合物,XRD和SEM对CuS/ZnO复合物的物相和形貌进行了分析,分析结果表明:制备CuS/ZnO复合物形状均一,无其他杂相。并对刺球状CuS/ZnO的形成机理及过程进行了探讨,对CuS/ZnO复合物的光吸收范围进行了分析,分析结果表明:CuS/ZnO复合物对可见光有着较强的吸收能力。孔雀石绿用以检测CuS/ZnO复合物的光催化性能检测,并与纯的ZnO和CuS做了比较,比较结果表明,与CuS和ZnO相比,CuS/ZnO对孔雀石的降解能力得到了提升。图[22]表[9]参考文献[108]
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