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ZnO中空纳米结构的制备及光催化性能

作　者: 张超
导　师: 尹龙卫
学　校: 山东大学
专　业: 材料学
关键词: 氧化锌 空心球 纳米管 水热法 光催化性能 复合 表面修饰
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


氧化锌是一种重要的Ⅱ-Ⅳ族直接带隙宽禁带金属氧化物半导体材料,氧化锌纳米材料因其优异的光电性能吸引了大量国内外研究工作者的广泛关注。纳米氧化锌因其独特的性质使其在太阳能电池、气敏元件、固体照明光源、保护性涂层、光催化剂、紫外发光器件等诸多领域有重要的应用前景。随着社会的发展,环境问题日益突出。在污水净化方面,对于某些有机污染物,ZnO的光催化降解效果要比传统光催化剂TiO2好。本论文主要选择氧化锌纳米材料体系为研究对象,侧重于氧化锌中空结构(空心球、纳米管)的合成,并对其改性及光催化性能展开研究。主要研究内容如下：(1)180℃条件下以葡萄糖脱水聚合成碳球为模板,醋酸锌、氯化铜为原料,通过水热反应,采用两种方法制备了ZnO空心球和ZnO-CuO复合空心球结构。通过两步法制备的样品尺寸可控,可以通过控制葡萄糖反应的时间来控制合成的碳球模板的尺寸,进而控制最终产物ZnO空心球的尺寸,XRD结果显示ZnO为纤锌矿结构,通过两步法法可以制得尺寸为100 nm的空心球结构,但是光催化性能不好；通过一步法得到的ZnO空心球及ZnO-CuO复合空心球尺寸大,直径在800 nm左右,但是形成壁厚多孔结构,ZnO-CuO复合后,光催化性能相比其他几组样品有了提高,CuO的存在,引入了新的能级,使光响应范围变宽,量子产率提高,改善了光催化性能。(2)采用简单的水热法,以氯化锌、氯化铜、浓氨水为原料,以硅片为基底合成了直径为400 nm左右的ZnO纳米管和ZnO-CuO复合纳米管结构。ZnO纳米管的形成可以分为高温沉淀和低温溶解两个过程。由于制得的ZnO与硅片结合不牢固,清洗不能太剧烈,XRD及EDS结果表明除了纤锌矿结构的ZnO外,还出现了其他杂质。反应物中加入氯化铜后,使得ZnO纳米管聚集成花状,光催化实验结果表明,ZnO-CuO复合后,光催化性能有了明显改善。(3)以制得的ZnO纳米管为原料,采用氯铂酸还原的方法对ZnO纳米管进行表面修饰。XRD和EDS结果表明铂粒子被修饰到ZnO纳米管上,SEM结果表明,铂修饰后ZnO纳米管的侧面遭到腐蚀,反应温度高,导致部分ZnO纳米管向纳米棒转化。光催化实验结果表明,铂修饰ZnO纳米管相对于纯ZnO纳米管,光催化性能得到一定改善。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章 绪论  10-28
  1.1 引言  10-11
  1.2 ZnO纳米材料的概述  11-19
    1.2.1 ZnO的晶体结构  11
    1.2.2 ZnO纳米材料的分类  11-12
    1.2.3 ZnO纳米材料的性质  12-15
    1.2.4 ZnO纳米材料的应用前景  15-19
  1.3 ZnO纳米材料的制备方法  19-23
  1.4 ZnO纳米材料的改性方法  23-26
  1.5 本课题的研究意义及研究内容  26-28
第二章 ZnO空心球及ZnO-CuO复合空心球的制备及光催化性能  28-43
  2.1 引言  28-29
  2.2 实验部分  29-31
    2.2.1 试剂与仪器  29-30
    2.2.2 两步法制备ZnO空心球  30
    2.2.3 一步法制备ZnO空心球及ZnO-CuO  30
    2.2.4 结构与物相表征  30
    2.2.5 光催化性能表征  30-31
  2.3 结果与讨论  31-42
    2.3.1 结构与物相分析  31-38
    2.3.2 ZnO空心球结构形成过程分析  38-40
    2.3.3 光催化性能分析  40-42
  2.4 本章小结  42-43
第三章 ZnO纳米管的制备及光催化性能  43-57
  3.1 引言  43-44
  3.2 实验部分  44-46
    3.2.1 试剂与仪器  44-45
    3.2.2 样品的制各  45
    3.2.3 产物的结构与物相表征  45
    3.2.4 光催化性能表征  45-46
  3.3 结果与讨论  46-56
    3.3.1 ZnO及ZnO-CuO复合纳米管  46-53
    3.3.2 Pt修饰ZnO纳米管  53-56
  3.4 本章小结  56-57
第四章 结论  57-58
参考文献  58-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间发表的学术论文  65-66
学位论文评阅及答辩情况表  66

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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