ZnO基納米復(fù)合材料的制備及其氣敏、光催化性能研究.pdf

1、由于各組分間的協(xié)同作用，使得ZnO基納米復(fù)合材料呈現(xiàn)出比純相ZnO更為優(yōu)異的性能，尤其是用于空氣中有毒有害氣體的檢測(cè)與環(huán)境水體中有機(jī)污染物的降解。本文選擇n型半導(dǎo)體ZnO作為研究對(duì)象，以提高其檢測(cè)有毒有害易揮發(fā)有機(jī)化合物和降解水體系中模擬污染物的能力為目標(biāo)，以半導(dǎo)體復(fù)合和金屬離子摻雜為主要手段，系統(tǒng)地研究了ZnO基納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)、組成與其氣敏性能和光催化性能之間的關(guān)系，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)以CTAB為表面

2、活性劑，尿素為礦化劑，在220℃水熱條件下制備了三維多級(jí)花狀結(jié)構(gòu)Zn2SnO4納米材料。SEM和TEM測(cè)試結(jié)果表明，花狀結(jié)構(gòu)Zn2SnO4由無(wú)數(shù)納米棒組裝而成。氣敏性能測(cè)試結(jié)果表明，與Zn2SnO4納米粒子相比，基于花狀結(jié)構(gòu)Zn2SnO4的氣敏元件對(duì)乙醇?xì)怏w具有更好的選擇性、更高的靈敏度和更短的響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)間。氣敏元件的最佳工作溫度為380℃，在此工作溫度下，基于花狀結(jié)構(gòu)Zn2SnO4的氣敏元件對(duì)50ppm乙醇?xì)怏w的靈敏度為30.4，響

3、應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為10s和7s?；罱Y(jié)構(gòu)Zn2SnO4氣敏性能增強(qiáng)的原因主要?dú)w因于其獨(dú)特的三維多級(jí)結(jié)構(gòu)增加了材料與目標(biāo)氣體的接觸面積，同時(shí)多級(jí)結(jié)構(gòu)為氣體擴(kuò)散提供了更多的通道，使氣敏反應(yīng)更加迅速。
　　(2)通過(guò)改性的Hummers'法制備了良好水溶性氧化石墨烯，以氧化石墨烯為石墨烯的前驅(qū)體，乙醇為溶劑，采用一步法合成了不同含量石墨烯(rGO)修飾的rGO-ZnO系列復(fù)合材料，利用XRD、SEM、TEM、Raman和UV-vis D

4、RS等對(duì)其結(jié)構(gòu)、形貌以及光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)表征。結(jié)果表明，將石墨烯與ZnO復(fù)合后，能夠有效改善ZnO納米顆粒的團(tuán)聚程度，復(fù)合材料對(duì)光的吸收能力較純相ZnO明顯提高。光催化性能測(cè)試結(jié)果表明，相對(duì)于純相ZnO，rGO-ZnO復(fù)合材料光催化降解甲基橙性能明顯提高，當(dāng)石墨烯的負(fù)載量為1.0wt.％時(shí)，復(fù)合樣品的光催化性能最優(yōu)，降解速率為0.02017min-1，是純相ZnO(0.00133min-1)的15.17倍。復(fù)合材料光催化性能的增強(qiáng)與復(fù)

5、合物吸附能力的增強(qiáng)、光吸收能力的增強(qiáng)和光生電子-空穴對(duì)利用率的提高有關(guān)。
　　(3)采用醇熱法，成功制備了不同濃度Sn摻雜ZnO納米材料（摩爾分?jǐn)?shù)），利用XRD、SEM、TEM、EDS和UV-vis DRS等對(duì)其結(jié)構(gòu)、形貌、成分和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，Sn摻雜并未影響ZnO的晶型和形貌，但是隨著Sn摻雜量的提高，ZnO晶粒的尺寸逐漸減小，對(duì)應(yīng)的禁帶寬度也減小。光降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Sn摻雜提高了ZnO納米粒子的光催化活性，當(dāng)