α-Fe-,2-O-,3-與TiO-,2-、ZnO復(fù)合納米材料及光催化研究.pdf

1、近些年來(lái)，隨著資源過度開發(fā)利用和環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人類生活環(huán)境受到了嚴(yán)重的破壞，環(huán)境問題成為了當(dāng)今世界關(guān)注的主要問題之一。光催化是利用半導(dǎo)體光催化劑受到光激發(fā)后，從半導(dǎo)體的價(jià)帶和導(dǎo)帶位置分別形成光生電子和空穴，生成的光生電子和空穴對(duì)隨后參與污染物的光降解反應(yīng)。與其他環(huán)境治理技術(shù)相比，光催化降解的主要優(yōu)點(diǎn)是：不需要二次處理，可將水和空氣中的有機(jī)污染物降解為H<,2>O、CO<,2>等小分子和無(wú)機(jī)污染物礦化；可以利用太陽(yáng)光激發(fā)光催化劑參與光

2、催化反應(yīng)，無(wú)需其他能源；光催化劑可自生并能夠回收再次利用。理想的光催化劑應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉、無(wú)毒、高活性且能充分吸收太陽(yáng)光。但是，目前研究和應(yīng)用的光催化劑(如TiO<,2>)存在著光響應(yīng)范圍窄，光生電子和空穴復(fù)合率高，導(dǎo)致催化效率低，所以如何擴(kuò)大光催化劑的光響應(yīng)范圍，降低光生電子和空穴的復(fù)合率，提高光催化效率，是當(dāng)今光催化劑研究的主要方向。 TiO<,2>是目前研究和應(yīng)用較多的光催化劑，具有較高的穩(wěn)定性，較強(qiáng)的光催化能力，無(wú)

3、毒無(wú)污染等突出優(yōu)點(diǎn)。由于TiO<,2>的帶隙較寬(為3．2eV)，相應(yīng)的光波吸收截至波長(zhǎng)為387．5nm，光吸收僅限于紫外區(qū)，其吸收光譜僅占太陽(yáng)光譜很小的一部分，不能充分利用太陽(yáng)光；此外，較高的光生電子與空穴復(fù)合率，導(dǎo)致TiO<,2>的光量子效率較低。ZnO具有良好的光電性能，主要的研究集中在發(fā)光特性和壓電特性，而其、光催化特性的研究相對(duì)較少，與TiO<,2>相比，ZnO的半導(dǎo)體特性更加優(yōu)秀，但它同樣是寬禁帶半導(dǎo)體材料(為3．37eV)

4、，太陽(yáng)光利用率低。α-Fe<,2>O<,3>的禁帶寬度為1．9-2．2eV，其吸收光譜與太陽(yáng)光譜匹配較好，能較好的利用太陽(yáng)能，但其光吸收效率較低。鑒于這具有較寬帶隙TiO<,2>、ZnO和較窄帶隙α-Fe<,2>O<,3>兩類材料的優(yōu)缺點(diǎn)，如果能將α-Fe<,2>O<,3>與TiO<,2>、ZnO做成核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，通過半導(dǎo)體的復(fù)合，擴(kuò)展材料的光吸收范圍，提高電荷分離率和光吸收率，從而改善光催化劑的催化效率。 本文采用水熱法

5、制備了納米α-Fe<,2>O<,3>、ZnO、α-Fe<,2>O<,3>/TiO<,2>、α-Fe<,2>O<,3>/ZnO的核殼復(fù)合結(jié)構(gòu)納米材料，并對(duì)它們的結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)及光催化性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究。論文的主要內(nèi)容和研究結(jié)果如下： 1)、第一章介紹了光催化的研究背景，光催化反應(yīng)類型與原理，材料制備方法、材料改性以及光催化材料的應(yīng)用。在總結(jié)分析當(dāng)今光催化研究領(lǐng)域進(jìn)展的基礎(chǔ)上，提出來(lái)本論文的研究計(jì)劃和預(yù)期目標(biāo)。 2)、

6、第二章我們采用水熱法制備了不同形貌的納米α-Fe<2>O<,3>，并通過XRD、TEM、SEM等測(cè)試手段對(duì)其進(jìn)行表征，研究了其光催化性質(zhì)。制備的納米顆粒有棒狀(80-200nm)，刺猬狀(600hm左右，)，以及在FTO玻璃上生長(zhǎng)α-Fe<,2>O<,3>納米棒(棒長(zhǎng)200nm左右，棒寬40nm左右)，材料為單一相，高純度，高結(jié)晶性。 3)、第三章制備α-Fe<,2>O<,3>/TiO<,2>核殼結(jié)構(gòu)，通過XRD、TEM等測(cè)試

7、手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，并研究了不同質(zhì)量比、催化劑濃度、反應(yīng)物濃度等對(duì)其催化效率的影響。 4)、第四章利用水熱法制備出ZnO納米棒，并在FTO玻璃上生長(zhǎng)出具有一定取向的ZnO納米棒，通過XRD、TEM和SEM等測(cè)試手段進(jìn)行表征，分析了ZnO的晶相和形貌特征。簡(jiǎn)單研究ZnO的光催化性能。 5)、第五章利用水熱法制備α-Fe<,2>O<,3>/ZnO復(fù)合納米材料，通過XRD、TEM等測(cè)試手段，分析復(fù)合后α-Fe<,2>03／ZnO