ZnO阵列及其复合材料的微波辅助合成与光催化性能.pdf

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1、Athesis(dissertation)submittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterSynthesisandPhotocatalysisPropertiesofZnONanoarraysanditsCompositematerials‘byaMicrowave—AssistedLowTemperatureAqueousRouteByQiangLiSupervisor：Prof．HongxiaLuMaterialsScienceSchool

2、ofMaterialsScienceandEngineeringApril2014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，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。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。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：鹰弓歇日期：h，审年r月谬日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、

3、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：磅强日期：切仫年厂月r莎日摘要ZnO是物理化学性能优异的氧化物半导体，禁带宽度为3．37eV，激子结合能高达60meV，由于其化

4、学性质稳定，易于制备且无毒、廉价，在光催化领域应用前景广阔。常见的ZnO光催化剂多为粉体，虽然光催化性能良好，但仍有些许不足：(1)不易回收利用；(2)禁带宽度较宽，对可见光利用率低；(3)光生电子一空穴对分离效率低。据此，以提高ZnO的光催化性能为目的，采用微波辅助低温溶液法制各了棒状ZnO微纳米阵列及Ag／ZnO，研究了其光催化性能。该方法操作简单、绿色环保。主要结论具体如下：首先，以硝酸锌、六亚甲基四胺等为实验原料，采用低温溶液法，在FTO导电玻璃上制备了棒状ZnO微纳米阵列，研究了反应温

5、度、反应时间和混合溶液浓度对样品形貌的影响，并探讨了ZnO的生长机理，结果表明：反应温度较低时，ZnO晶体沿C轴的生长速度减慢，更倾向于非极性面的生长，导致产物的尺寸较大(约为1iam)；反应时间决定ZnO晶体的结构的完整性；当混合溶液浓度为0．05M时，所制备的ZnO阵列的棒密度理想、取向较为一致且直径大小均匀(500rgn左右)。其次，在低温溶液法制备ZrtO纳米阵列的基础上，使用微波辐照对所制备的样品进行退火处理，并使用微波法一步制备了ZnO纳米阵列。在240W功率下退火处理后，ZnO直径

6、尺寸减小至200nn3左右；当功率增大到400W时，ZnO晶体变为畸形的六棱柱；微波法直接制备ZnO纳米阵列的晶体尺寸仅为100rlnl左右。同时，经过退火处理后的样品和微波法直接制备的样品在可见光(五≥400rim)照射3h下光催化亚甲基蓝的降解率均为75％左右，高于低温溶液法制备的样品63．6％。最后，采用微波法在ZnO纳米棒表面负载了Ag颗粒。以亚甲基蓝为目标降解物，对比了实验制备的样品对亚甲基蓝的光催化降解性能。结果显示，4wt．的Ag负载的Ag／ZnO多级结构的光催化性能最好，这是由A

7、g纳米颗粒的表面等离子体共振效应引起的。关键词：ZnO纳米阵列，低温溶液法、微波退火，表面等离子体共振效应，光催化AbstractZincOxide，whichisoxidesemiconductorpossessingexcellentphysicalandchemicalpropertiessuchaswideanddirectbandgapof3．37eV,largeexcitonbindingenergyof60meV,isofchemistrystabil／ty,easytofabri

8、cate，nontoxicandcheap，hasbroadprospectsinapplicationasphotocatalysts．Therearealsodisadvantagesbeyondgoodperformance：difficulttorecycle，bwefficiencyof地htutilizationduetothewidebandgaPandpoorquantumefficiency．Thus，aimingatenhancedphotocatalyticperforma