纳米ZnO形貌可控制备的稀土掺杂改性光催化性能和研究.pdf

分类号X5密级U D C硕士学位论文纳米ZnO形貌可控制备与稀土掺杂改性及光催化性能研究学位申请人:邹彩琼学科专业:生态学指导教师:黄应平教授二〇一二年五月三峡大学硕士学位论文ADissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements forthe Degree of Master of ScienceStudy on Morphologically Controllable Preparation andRare Earth Doped Modification and PhotocatalyticPerformance of Nano-ZnOGraduate Student: Zou CaiqiongMajor: EcologySupervisor: Prof. Huang YingpingChina Three Gorges UniversityYichang, 443002, , 2012三峡大学硕士学位论文i三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明,本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名:日期:三峡大学硕士学位论文ii内容摘要TiO2是目前研究最为广泛的半导体光催化剂之一,ZnO具有与TiO2相似的能带结构和较高的光敏性,文献报道与TiO2比较,ZnO在降解某些有毒有机污染物时表现出更高的量子产率。此外,ZnO具有制备原料丰富廉价,晶体生长工艺简单,形貌结构丰富较易控制,电子传输快,光催化反应介质pH宽和良好的生物相容性等优势。控制ZnO的形貌或在ZnO中掺杂其它元素在一定程度上可以改变其物理化学性能,如颗粒大小、比表面积和对光的响应程度等,从而对其光催化性能产生影响。基于此,本文采用不同锌源经水热法制备了具有不同微观结构和颗粒大小的ZnO,采用沉淀法在未加模板剂的条件下制备了特定形貌的ZnO纳米丛,另外采用了钐(Sm),镱(Yb)和铈(Ce)等稀土元素对ZnO进行掺杂改性,拟通过形貌控制和稀土掺杂改性来提高纳米ZnO的光化学及光催化性能。主要研究内容包含:(NO3)2、Zn(CH3COO)2、ZnCl2和ZnSO4与(CH2)6N4经水热反应制备了纳米ZnO。采用XRD和TEM对其进行了初步表征,发现不同锌源制备的ZnO在粒径大小和形貌结构上有较大差别。四种锌源制备ZnO的形貌依次为花状、颗粒状、棒状和无定形。在紫外光照射(λ≤387 nm)下,Zn(NO3)2制备的ZnO光催化降解有毒有机染料罗丹明B(Rhodamine B, RhB)活性最佳。,以Zn(CH3COO)2和NaHCO3为原料制备了ZnO纳米丛。在紫外光(λ≤387 nm)照射下,以RhB和无色小分子2,4-二氯苯酚(2,4-Dichlorophenol, 2,4-DCP)的降解反应为探针,分析比较了ZnO纳米丛与ZnO纳米颗粒(1中Zn(CH3COO)2与(CH2)6N4经水热反应制备)的光催化性能。结果表明,ZnO纳米丛降解RhB的活性是纳米颗粒的6倍,降解2,4-DCP的活性是纳米颗粒的10倍。ZnO纳米丛较高的光催化化活性主要与其独立的活性位点,较大的比表面积及光生电子和空穴的有效分离有关。采用辣根过氧化物酶法检测到体系中H2O2的生成,同时采用苯甲酸荧光光度法检测到体系中·OH的生成,表明ZnO光催化降解有毒有机污染物的机理主要是·OH氧化历程。(NO3)2、Sm2O3的盐酸溶液和NH3·H2O为原料,采用共沉淀法制备了不同Sm掺杂比例的ZnO光催化剂。采用XRD、TEM、BET、Uv-vis和PL谱等对样品进行了一系列表征。结果表明,Sm掺杂后,ZnO的粒径明显减小,对紫外光和可见光的响应加强,但是吸收带边未移动。在紫外光(λ≤387 nm)照射下,通过降解RhB的活性比较,发现当nSm/,ZnO的光催化活性最佳,,矿化能力提高了2倍。Sm掺杂较大地提高了ZnO的稳定性,在宽泛介质pH范围内活性均高于ZnO,循环使用6次活性基本保持不变,%。(NO3)2、Yb2O3的盐酸溶液和NH3·H2O为原料,采用共沉淀法制备了不同Yb掺杂比例的ZnO光催化剂。采用XRD、TEM、BET、Uv-vis和PL谱等对样品进行了一系列表征。结果