直立生长于RGO上的ZnO基核壳纳米棒制备及光催化性能

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1、直立生长于RGO上的ZnO基核壳纳米棒制备及光催化性能PreparationofZnO-basedcore-shellnanorodsverticallygrownonReducedGrapheneOxideandtheirEnhancedPhotocatalyticPerformance—国家自然科学基金资助项目—学科专业：工业催化研究生：许继盟指导教师：王希涛副教授天津大学化工学院二零一五年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究

2、成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要本论文通过水

3、热法制备了四种不同形貌的还原氧化石墨烯/ZnO纳米材料，包括还原氧化石墨烯/ZnO纳米颗粒，还原氧化石墨烯/ZnO纳米片，还原氧化石墨烯/ZnO花球，还原氧化石墨烯/ZnO直立纳米棒，采用XRD、TEM、SEM、IR、UV-vis谱、电化学分析等方法对其形貌、结构、光吸收性能和光电化学性能进行了表征。结果表明，制备的RGO/ZnO直立纳米棒是类似三明治的三维结构(ZnO直立纳米棒/RGO/ZnO直立纳米棒三层结构)或类似基底生长的二维结构(ZnO直立纳米棒/RGO双层结构)；石墨烯与ZnO的紧密结合以及ZnO的规则排列可有效抑制光生电子-空穴的复合，同时提高光吸

4、收性能。采用离子交换方法制备了生长在石墨烯片层上的ZnS-Cu2S和ZnS-CdS固溶体敏化的ZnO核-壳纳米棒，研究了壳层中Cu2S或CdS的含量对光吸收和光催化性能的影响。研究表明，敏化改性后的RGO/ZnO纳米棒是由石墨烯片层，直立生长的ZnO纳米棒核及ZnS-Cu2S或Cu2S、ZnxCd1-xS或CdS壳层组成的。与RGO/ZnO和RGO/ZnO@ZnS相比，敏化纳米材料的可见光吸收明显增强，而且带隙发生红移。荧光发射光谱(光致发光光谱)表明，样品壳层中合适的Cu2S/ZnS或CdS/ZnS比例和石墨烯的加入可以提高电荷的分离效率。光催化活性实验表明，

5、RGO/ZnO@ZnS-Cu2S和RGO/ZnO@ZnxCd1-xS系列纳米材料相比于RGO/ZnO纳米棒和RGO/ZnO@ZnS核-壳纳米棒，制氢活性有明显提高。在300WXe灯的照射下，RGO/ZnO@ZnS-Cu2S系列催化剂中RGO/ZnO@ZnCS-3-1-1样品的制氢活性最高，可以达到1451μmol·h·g，分别比RGO/ZnO样品和RGO/ZnO@ZnS样品的高1.37倍和0.84倍；RGO/ZnO@ZnxCd1-xS系列催化剂-1-1中RGO/ZnO@Zn0.6Cd0.4S样品的制氢活性最高，可以达到1865μmol·h·g，分别比RGO/Zn

6、O样品和RGO/ZnO@ZnS样品的高2.1倍和1.4倍，量子效率可达22.6%；在可见光照射下(λ>420nm)，RGO/ZnO样品和RGO/ZnO@ZnS样品几乎-1-1没有活性，而RGO/ZnO@Zn0.6Cd0.4S样品的产氢速率可以达到160μmol·h·g。固溶体敏化后光催化材料性能的提高可归结为光吸收的增强和电荷-空穴分离效率的提高。关键词：还原氧化石墨烯，ZnO纳米棒，核-壳结构，光催化制氢，水热法万方数据ABSTRACTInthispaper,fourreducedgrapheneoxide/ZnOnanocompositeswithdiffe

7、rentmorphologies,includingRGO/ZnOnanoparticles,RGO/ZnOnanosheets,RGO/ZnOnanospheresandRGO/ZnOnanorodswerepreparedthroughhydrothermalprocess,characterizedbyXRD,IR,TEM,SEM,UV-visspectraandelectrochemicalanalysisandtestedinphotocatalytichydrogenproductionfromethanol-triethylamineaqueous

8、solution.The