ZnO纳米结构的制备及其光、光电催化性能-凝聚态物理专业论文.docxVIP

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ZnO纳米结构的制备及其光、光电催化性能-凝聚态物理专业论文

万方数据 万方数据 学位论文原创性声明 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已经发表或 撰写过的科研成果。对本文的研究作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:  日期: 年 月 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、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。必威体育官网网址论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者: 日期: 年 月 日 摘要 摘要 摘要 近年来,金属氧化物半导体纳米材料光催化过程具有降解效率高、稳定性 好、易于合成及无毒环保等优点,在污水处理领域得到了广泛关注。在众多的 金属氧化物半导体材料中,ZnO 作为一种 n 型直接宽带隙半导体材料,已被证 明在紫外光条件下具有更高的光催化活性,然而,光生载流子复合率较高,降 低其降解效率,以及催化剂的分离回收、再利用较难。基于此,本文通过在金 属衬底上合成 ZnO 纳米材料,无需分离回收,同时利用金属做电极构成光电催 化体系,研究该体系光、光电催化性能,讨论其催化机制及影响催化性能的因 素。主要结果如下: 首先,采用化学溶液法,以 Ag 棒为衬底,调控氨水在生长液中的滴加量, 分别制备了三种近似垂直于衬底生长的 ZnO 纳米棒阵列。所得样品均为六角纤 锌矿结构,直径约为 300nm~400nm,禁带宽度均在 3.1eV 左右。三种样品中, 氨水滴加量为 4ml 的样品光催化降解罗丹明 B 的效果最好。PL 表征结果显示, 该样品表面氧空位浓度高于其他两个样品,高的氧空位浓度可能导致了样品高 光催化活性。 选取氨水滴加量为 4ml 的样品构光电催化系统,研究了实验参数对光电催 化降解效率的影响,实验结果显示,优化的实验条件为:外加电压 0.4V,电极 间距 0.1cm,罗丹明 B 初始浓度 5mg/L,支持电解质 Na2SO4 的浓度 0.1mol/L。 该条件下,ZnO 纳米棒阵列光电催化降解效率最高,约 38%,外加电场有效地 提高了降解效率,约为光催化效率的两倍。 其次,利用相同的实验条件和方法,通过衬底的调控,在 Al 片上控制合成 了纤锌矿结构的 ZnO 纳米片,纳米片大致垂直衬底,厚度约为 200nm。在优化 的实验条件下,ZnO 纳米片光催化降解罗丹明 B 的效率约为 36%,光电催化降解 效率却仅为 24%。在相同实验条件下,同等催化剂量的 ZnO 纳米棒阵列的光催 化效率约为 33%,而光电催化降解效率却在电场的作用下被提高至 61%。 I ZnO 纳米片结构中的极性面暴露比率比 ZnO 纳米棒阵列的高,极性面具有 更好的光催化活性,导致 ZnO 纳米片的光催化性能高于 ZnO 纳米棒阵列。ZnO 纳米片在外加电压的作用下,可能由于衬底和形貌等因素的影响,催化效率反 而降低了。 关键词:氧化锌;纳米棒;纳米片;光催化;光电催化 II Abstract Abstract Abstract In recent years, photocatalytic degradation process with the metal oxide semiconductor nanomaterials has been widely concerned and explored in the wastewater treatment, for high degradation efficiency, good stability, ease of synthesis, and the non-toxic and environment-friendly characters, etc. Among the metal-oxide semiconductor materials, ZnO, as an n-type direct wide-band gap semiconductor, has been proved to have a higher photocatalytic activity under UV conditions. However, the recombination rate of its photogenerated carrier

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