论文部分内容阅读
半导体材料ZnO因其优异的化学和物理特性、较好的环境稳定性以及廉价的合成成本等诸多优点在光催化领域倍受关注。但由于ZnO具有团聚严重、粒子分散性差、容易发生光腐蚀以及催化时激发源必须为紫外光等缺点而造成诸多局限。因此,开发一种简单高效、有效利用日光的新型改性ZnO光催化剂显得尤为重要。本论文选用生物分子L-半胱氨酸作为C、N、s源,分别通过微波水热法、水热法和高温煅烧法制备C、N、S共掺杂ZnO光催化剂。利用XRD、 UV-vis、 PL光谱、XPS等方法对样品晶体结构、吸光性能和表面化学元素进行了表征和分析。本论文考察制备条件、掺杂量等变化对样品的光催化性能的影响。本论文的主要研究内容和结论如下：(1)采用微波水热法；XRD表明样品中含有ZnO晶体,UV-vis表明掺杂使得样品对可见光的吸收增强,XPS表明样品表面含有C、N、S元素。锌碳摩尔比为2：1,微波功率为800W,辐射1min后就能得到催化性能优越的ZnO光催化剂。投加量为0.25g/L,降解浓度为10mg/L的活性艳蓝KN-R溶液,紫外光下取得94%的脱色效果；模拟日光下脱色率为28.04%,且掺杂后的ZnO光催化活性远高于未掺杂ZnO.(2)采用水热法；XRD表明样品中含有ZnO和ZnS晶体,UV-vis表明掺杂的ZnO在紫外-可见光区域的吸收显著增强,XPS表明样品表面含有C、N、s元素。温度160℃,时间为36h,锌碳摩尔比为1：2时,样品在模拟日光下脱色率为45%；温度180℃,时间为36h,锌碳摩尔比为8：1时,样品在紫外光下脱色率72.1%。(3)采用高温煅烧法；XRD表明样品中含有ZnO和ZnS晶体,UV-vis表明掺杂ZnO样品吸收边发生显著红移,XPS表明样品表面含有C、N、S元素.当煅烧温度400℃,时间为2h,锌碳摩尔比为1：1时制备出的样品,紫外光下脱色率达63.9%；模拟日光脱色率为37%.与未掺杂的ZnO相比,它们光催化活性皆有所提高。综上所述,L-半胱氨酸的加入使得C,N,S成功被掺杂到ZnO光催化剂中,增强并扩展了光催化剂在紫外-可见光区的吸收,降低光生电子空穴的复合几率,使得ZnO光催化性能得到有效提高。