ZnO基异质结构的构建及光催化性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:houtou27
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随着生活水平的提高带来的环境污染和能源危机成为了需要迫切解决的问题,对于作为半导体光催化剂表面的高级氧化工艺,可见光驱动的光催化可用于通过太阳能转换将有机污染物分解成CO2和其他小分子物质来应对日益严重的环境污染。在目前众多的光催化剂中,氧化锌(ZnO)由于其特殊的电子结构,多样的形貌,易于制造,成本低廉,甚至可用于压电效应引起的微电场,已广泛应用于光催化工业。然而,带隙大的3.2 eV的ZnO只能吸收约为整个太阳光光谱4%的紫外线,甚至紫外光激发的电子和空穴也很容易相互重组,严重抑制光催化作用。性能。特别是对于可见光光催化,因此有必要通过扩大光吸收的范围来改性ZnO半导体以成功地激发电子-空穴对。本文采用了水热的方法合成了花状氧化锌纳米棒。之后采用一步化学沉积法合成了AgI/ZnO,Ag3VO4/ZnO和AgI/Ag3VO4/ZnO纳米异质结。采用了XRD、SEM、DRS、Uv-vis等表征对三种异质结进行了测试。分别考察了三种异质结的光催化性能以及循环性能的研究。并采用模拟计算的方法对实验机理进行了探究。本文章的主要研究内容如下:(1)采用柠檬酸为诱导剂,二水合乙酸锌为主要原料,水热方法合成了花状的ZnO。将钒酸银纳米颗粒均匀的负载在ZnO的表面,合成了Ag3VO4/ZnO二元异质结。对RhB溶液和MB溶液具有较高的降解效率。比单独的ZnO和Ag3VO4降解效率高。归因于Ag3VO4的负载提高了可见光的响应范围,同时提高了电子-空穴对的分离效率。最后通过捕获实验发现电子和空穴是主要的活性自由基。(2)采用同样的方法合成了花状的ZnO,将AgI纳米颗粒均匀的负载在ZnO纳米棒表面。并对TO、RhB和MO目标污染物进行了光催化降解,并探究了AgI的负载比例、催化剂用量和染料的初始浓度对光催化性能的影响。当负载比例达到10%时,对RhB降解效率达到96%。并且异质结的降解速率时单独AgI的三倍。通过六次循环实验之后依然保持较高的降解效率。采用模拟计算与实验结合的方法计算出单独的AgI、ZnO和AgI/ZnO的带隙,并通过捕获实现电子和空穴在光催化降解过程中起到了主要的作用。(3)在二元异质结AgI/ZnO和Ag3VO4/ZnO的基础之上,采用一步沉淀法合成了三元异质结AgI/Ag3VO4/ZnO。以RhB和MB为目标降解物,在可见光的照射下,三元异质结相对于二元异质结,在保持较高的降解效率基础之上,大大的提高了降解速率。当碘离子与钒酸根离子的负载比例达到10%和15%时,达到了最高的光催化降解效率。同样通过捕获实验发现在光催化降解过程中,电子和空穴是主要的活性自由基。
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