球状纳米光催化材料的合成表征及其性能研究

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1、摘要摘要近些年来，环境污染日益严重，成为威胁人类生存的一个严重问题。以半导体纳米材料为催化剂，光催化降解有机污染物作为一种有效的污染治理方法，成为环境保护科学研究的一个热点。本文采用水热／溶解热方法，控制合成条件，制备了具有球状形貌的ZnS、ZnO／TiO：及CdS光催化剂纳米材料，并采用XRD、SEM、TEM等分析检测手段对所得产品的进行了形貌和结构的表征。通过降解甲基橙，对合成的ZnS及ZnO／TiO：复合材料的光催化性能进行了研究；由于CdS本身具有潜在的环境污染问题，故对合成的球状CdS材料进行光电转化性能的研究。论文的主

2、要研究如下：(1)以Zn(CH。coo)：·2H：0和C：H。NS为原料，采用水热法合成直径在50-～lOOnra范围内的ZnS纳米球。该方法耗能低、实验条件简单及产品生成量大。实验过程中，表面活性剂十二烷基磺酸钠对ZnS纳米球的形成发挥了关键性的作用。合成的ZnS纳米球相对于体相材料，发生了105nm的蓝移。以甲基橙为降解目标，紫外光照150min后，ZnS纳米球对甲基橙的降解能达到98％左右。(2)采用简单的溶剂热和超声沉积煅烧法合成了ZnO／TiO：复合材料，以甲基橙为降解目标，在不同的pH值下对复合材料的光催化性能进行评价

3、。实验结果表明，催化降解1h后，在pH值为2．O时，对甲基橙的降解效率最好：然而，在前30min，在pH值为11．0时，对甲基橙的降解效率高。通过对醌式甲基橙(pH2．O)光催化降解过程的HPLC-MS分析，发现了六种甲基橙的降解中间体；通过对甲基橙的降解机理的分析，发现甲基橙的降解主要通过羟基化作用和脱甲基作用，以及C—N的断裂和磺酸基的去除。(3)以CdCl：和C：H5NS为原料，采用溶剂热法控制合成了由小粒子堆积的，直径在O．65～2．5Pm范围内的菜花状的CdS微米球。条件实验表明，表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)的存在

4、及SDS的加入量对菜花状CdS的生成是十分重要的。通过控制合成时间，得到了两种不同晶型的CdS微米球产品。通过测定球其光电性质，表明了六方晶型的CdS微米球的光电转化效率高于立方晶型的CdS微米球，然而其光电转化效率高于CdS纳米粒子。关键词：水热／溶剂热ZnS纳米球ZnO／TiO：复合材料CdS微米球光催化IAbstractInrecentyears，environmentalpollutionisbecomingincreasinglyserious，whichbecomesaseriousproblembecauseofbr

5、ingingathreattohumansurvival．Photocatalyticdegradationoforganicpollutionsusingsemiconductornanomaterialsascatalystsbecomesaneffectivemethodofpollutioncontrol，whichbecomesahotissueofscientificresearch．ZnS，ZnO／Ti02，CdSphotocatalystweresynthesizedviahydrothermal／solvothe

6、rmalmethod．XRD，SEMandTEMwereusedtocharacterizethemorphologyandstructureoftheproducts，andthephotocatalyticperformanceoftheZnSnanospheresandZnO／Ti02compositesWasstudiedbYdecomposingmethylorangeunderUVlight．BecauseofpotentialenvironmentalproblemsofCdSnanoproduets，SOtheph

7、otovoltaicpropertyofCdSmicrosphereswasstudied．Themainresultsareasfollows：(1)Zn(CH3COO)2·2H20andC2HsNSwereutilizedasstartingmaterialstosynthesizeZnSnanospheresrangingfrom50to100lllllindiameter．Thishydrothermalmethod、析thlowenergyconsumption,whichneedssimpleexperimentalc

8、onditionstogeneratealargequantityofZnSproducts．SurfactantSDSisakeyroletoformZnSnanospheresinthisexperiment．Comparedtothebulk