氧化鋅基納米復(fù)合薄膜的制備和光催化性能的研究.pdf

1、本文使用溶膠凝膠結(jié)合浸漬-提拉方法在玻璃襯底上制備了納米ZnO薄膜.對其進行了不同條件的熱處理并研究了退火工藝與光催化活性之間的關(guān)系.借助其光學(xué)性質(zhì)來跟蹤制備過程中溶膠和薄膜的結(jié)構(gòu)變化.結(jié)果表明,提高煅燒溫度和延長煅燒時間都會加速前驅(qū)體的分解和晶粒的長大.使用本文提出的高溫少時煅燒工藝(HTST)可以在有機物完全分解的同時抑制晶粒的生長,從而使其兼有較高的純度,較小的粒徑并且因此具有相對較高的活性.PL光譜表明,HTST工藝制備的納米氧

2、化鋅薄膜中可能還存在混晶效應(yīng),這也會增加它的光催化活性.光催化中的腐蝕不僅會縮短光催化劑的使用壽命也會造成金屬離子污染.
　　本文使用氧化鋅薄膜作為研究對象,甲基橙作為光催化底物,著重研究了納米光催化薄膜的這種腐蝕.分析了其機理并且討論了pH值和無機鹽對腐蝕速度的影響.結(jié)果表明暗腐蝕是主要的腐蝕形式,并且腐蝕是因為納米顆粒的脫落,而不是離子的直接溶解所造成.溶液中的pH條件和鹽度會顯著影響腐蝕速率,當pH接近9并且溶液中沒有無機鹽

3、時腐蝕速率最小.表面沉積銀后可以延緩其腐蝕速度.通過溶膠-凝膠和浸漬-提拉方法在玻璃片上制備了兩種類型的鎳改性氧化鋅薄膜:鎳摻雜氧化鋅和氧化鎳/氧化鋅雙層膜.使用了XRD,光學(xué)透射譜,SEM和光致發(fā)光譜分析了鎳改性對材料結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性的變化.結(jié)果表明,摻雜鎳離子會取代晶格中的鋅離子形成置換缺陷,而雙層膜中鎳只以氧化鎳的形式存在.兩種改性手段都使得材料的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生了細微變化.以紫外線為光源,甲基橙為底物研究了材料的光催化活性.
　

4、　結(jié)果表明,鎳摻雜使材料的光催化活性有所下降,而雙層膜增加了其光催化能力.其機理是:(1)鎳摻雜在氧化鋅中產(chǎn)生了置換型缺陷并使氧空位濃度減小.(2)ZnO/NiO雙層膜結(jié)構(gòu)增強了其電荷分離的能力,通過在p-n結(jié)處對電荷的選擇性吸收來阻止電子-空穴對的復(fù)合.通過溶膠-凝膠結(jié)合光還原沉積法在普通玻璃片上制備了Ag-ZnO-NiO系復(fù)合薄膜。使用SEM,PL,XRD,UV-Vis等手段對薄膜的表面形貌,物相組成及光學(xué)性質(zhì)作了考察和研究。XRD

5、和UV-Vis分析表明復(fù)合薄膜中包含NiO和ZnO的雙層異質(zhì)結(jié)構(gòu);FESEM照片表明Ag和ZnO分別在其各自的襯底上生長但沒有形成完全覆蓋,PL光譜表明三層膜的發(fā)光強度小于雙層膜和單層膜。使用甲基橙為模型底物測試了薄膜在紫外線下的光催化氧化能力,結(jié)果表明,三層復(fù)合薄膜Ag/ZnO/NiO的活性相比氧化鋅單層薄膜和雙層薄膜有不同程度的提高,這是由于上層薄膜不能完全包裹下層膜,導(dǎo)致在表面形成了許多微電極結(jié)構(gòu),這些微電極結(jié)構(gòu)能夠使光生電子空穴