创新杯研究报告-杜凯

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1、序号：20120605编码：南京邮电大学第十四届“创新杯”大学生课外学术科技作品竞赛作品研究报告作品名称：管状纳米ZnO及其复合材料的自然光降解研究院（系）全称：材料科学与工程学院申报者姓名（集体名称）：杜凯张翔吴家根陈立建类别：□自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文√科技发明制作A类□科技发明制作B类说明1．申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2．申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表(集体项目限报四人，三人以上作者或者三人作者但无法区分主作者时须申报集体项目

2、)，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3．表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4．序号、编码按照南京邮电大学第十四届“创新杯”大学生课外学术科技作品竞赛组委会要求请由院系统一填写。5．学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，学术论文及有关材料在8000字以内，社会调查报告在15000字以内（文章版面尺寸14.5×

3、22cm左右）。6．作品申报需按要求由各院系统一报送。7．所有参赛作品必须按规定时间报送。8．有关参赛事宜请向组委会办公室咨询。9．报送地址：大学生活动中心校团委216办公室联系人：凌海峰联系电话：8586631810．本表复印有效。作品研究报告管状纳米ZnO及其复合材料的自然光降解杜凯张翔吴家根陈立建简介近年来，Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体材料氧化锌（ZnO）引起了材料学界的广泛关注。ZnO以其良好的特性以及可控的生长，使得ZnO纳米结构可以与金属、金属氧化物、金属硫化物、无机物以及有机物等进行复合，并应用于光催化、太阳能电池、激

4、光、气体传感、生物传感等方面[1-9]。但这些基于ZnO的复合材料也存在一定的问题，如电子迁移率不够高，电子-空穴分离效率不够大等，使得ZnO复合材料的器件性能有待进一步提高。本课题通过研究金属氧化物与ZnO复合，形成管状纳米ZnO复合材料，从而提高ZnO纳米复合材料的光谱吸收范围，增大电子-空穴对分离效率，进一步拓展其在光催化降解水污染物领域的应用。第一部分管状ZnO纳米材料的制备及其自然光降解创新点：1.先用简单的水热法合成棒状结构的ZnO，再用碱液腐蚀法将棒状ZnO腐蚀成管状，此种制备方法简单、廉价，还可以批量制备；2

5、.发现管状ZnO比棒状ZnO具有更好的自然光降解效果。一、实验部分1.实验仪器：F-101S集热式恒温加热磁力搅拌器、可编程直流电源、KH-300E型超声波清洗器、DHG-9070型电热恒温鼓风干燥箱、RW-UVcop310-05yb、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜SEM、X射线衍射仪。2.管状ZnO纳米材料的制备（1）在普通玻璃衬底上面生长棒状ZnO首先将玻璃衬底进行清洗，方法是：分别用丙酮、酒精棉球仔细擦拭玻璃表面，随后分别用酒精、去离子水对其超声清洗15min。随后将衬底垂直放入装有50ml配好氯化锌溶液的玻璃瓶

6、中，最后置于95℃烘箱内约3h，之后取出片子用去离子水冲洗，最后烘干。（2）用KOH溶液腐蚀（1）中样品成管状ZnO配置浓度为0.36M的KOH溶液，取60ml该溶液，并将（1）中样品放入其中，在40℃条件下腐蚀4h后冲洗、烘干即得管状纳米ZnO。3.光催化降解实验在培养皿中配制20ml浓度为5mg/L的甲基橙溶液，并放入5片（2.5×1.8cm）上述样品，在暗箱中静置30min，然后放在太阳光下进行光催化降解反应，取样时间分别为0h、1h、2h、3h。二、结果与讨论1.样品图片以及其形貌和结构实验中，不断调节KOH溶液的浓

7、度、片子放置位置（距离液面距离）、反应温度及时间，观察处理后的ZnO纳米材料。结果发现，相同条件下制备的纯ZnO在60ml的0.36mol/L的KOH溶液中，在液面下1cm处、400C条件下腐蚀4h，所制得的样品最好，其外貌较为平整、均匀，且在经过催化降解实验后样品仍然较为完整，所制备的样品图片如图1。图1：分别为纯ZnO、碱液腐蚀2h、3h、4h管状ZnO照片。图2是管状纳米ZnO样品的SEM图。对比这几个图，我们可以看出采用碱液腐蚀法腐蚀4h制备的管状纳米ZnO样品（a图）最好，片子中管状占绝大部分，当然，其中也有少部分

8、棒状；腐蚀1h效果（d图）最差，不过也可以看出棒状结构已经开始由外向内腐蚀。腐蚀2h（c图）时管状结构已经比较明显，不过数量还不太多，且分布不均匀。对比（a）和（b）图，我们还发现（a）中管状ZnO管壁比（b）的薄，据此我们也可以推断，随着腐蚀时间的增加，管状ZnO最后会“烂掉”，即并非腐