羥基錫酸鋅及其復(fù)合材料的合成與光催化性能研究.pdf

1、納米半導(dǎo)體材料作為光催化劑在環(huán)境、能源領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。羥基錫酸鋅(ZnSn(OH)6)是一種新型的半導(dǎo)體光催化材料，具有面心立方堆積典型的鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)，由于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)，表面豐富的羥基有利于與光生空穴形成氫氧自由基(·OH)，催化降解生物難降解的有機(jī)污染物。本文通過(guò)水熱法合成不同形貌的 ZnSn(OH)6微納米粉體，研究了不同晶體結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理，制備了不同碳源(葡萄糖、石墨烯)改性的 ZnSn(OH)6復(fù)合材料，進(jìn)而改善

2、ZnSn(OH)6的光催化性能。本文的主要內(nèi)容如下：
　　以(CH3COO)2Zn·2H2O、SnCl4·5H2O、NaOH為實(shí)驗(yàn)原料，在160oC條件下利用水熱法合成了形貌可控的ZnSn(OH)6微納米粉體，研究了反應(yīng)體系不同pH值以及水熱反應(yīng)時(shí)間對(duì) ZnSn(OH)6晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、分散性以及粒度大小的影響。研究表明，Zn2+: OH-: Sn4+摩爾比為1:10:1晶體生長(zhǎng)為正八面體形貌(2~3μm)，當(dāng)Zn2+:OH-

3、:Sn4+摩爾比為1:6:1晶體生長(zhǎng)為立方體形貌(100~200nm)；具有高分散性、大比表面積的 ZnSn(OH)6立方體粉體為光催化反應(yīng)提供了大量的反應(yīng)活性位點(diǎn)，進(jìn)而表現(xiàn)出顯著的光催化活性。水熱反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)加劇了ZnSn(OH)6粉體團(tuán)聚，降低了催化反應(yīng)中目標(biāo)降解物與催化劑的接觸面積，導(dǎo)致ZnSn(OH)6催化反應(yīng)效率的下降，最佳反應(yīng)時(shí)間為16h。
　　以葡萄糖為碳源，采用水熱法合成 C摻雜 ZnSn(OH)6微納米粉體，并

4、通過(guò)在可見光下(400 nm)降解MB溶液(10mg/L)表征其光催化活性，使用XRD、SEM、FTIR、EDS、XPS等手段對(duì)不同C含量(0.1–2.0wt％)、不同反應(yīng)體系濃度的C-ZnSn(OH)6樣品進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，1.0wt% C-ZnSn(OH)6樣品表現(xiàn)出最佳光催化性能，在100min內(nèi)對(duì) MB溶液降解率達(dá)到96.3%，且1.0wt%C-ZnSn(OH)6降解速率常數(shù)(k=0.032min-1)相比于純凈的 ZnSn

5、(OH)6(k=0.006min-1)有很大提高。XPS結(jié)果表明， C-ZnSn(OH)6樣品中 C元素以C1s(284.8eV)化學(xué)態(tài)的存在，C的摻雜提高了ZnSn(OH)6晶體的結(jié)晶度，且游離態(tài)的碳元素有助于光生電子的傳輸，解釋了其光催化性能提高的原因。研究證實(shí)了水熱反應(yīng)中前驅(qū)體溶液濃度過(guò)高或過(guò)低(0.033M、0.099M)都會(huì)導(dǎo)致C-ZnSn(OH)6結(jié)晶度的降低，晶格中的缺陷為光生載流子的復(fù)合提供了可能，從而降低了樣品的光催化

6、性能，體系最佳反應(yīng)濃度為0.066M。
　　利用改進(jìn)的 Hummers法制備出氧化程度較高的 GO，超聲剝離后獲得氧化石墨烯。通過(guò)對(duì) ZnSn(OH)6進(jìn)行表面改性合成不同 GO含量(0.1–5.0wt%)的GO-ZnSn(OH)6復(fù)合材料，并采用光還原法獲得rGO-ZnSn(OH)6復(fù)合光催化劑。利用FTIR、UV-vis DRS、PL等技術(shù)對(duì)rGO-ZnSn(OH)6復(fù)合材料的物相、微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。研究發(fā)現(xiàn)，2.