ZnO/RGO复合光催化剂的制备及其性能

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氧化锌(ZnO)是一种宽带隙半导体光催化材料,影响其光催化活性的主要因素为较窄的光响应范围和光生电子-空穴对的快速复合。石墨烯(RGO)是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构碳质材料,因其特殊的纳米结构以及优异的电化学性能,使其成为良好的ZnO光催化性能改性材料。本论文主要研究内容如下:1、氧化石墨烯(GO)、石墨烯的制备与表征:采用改进的Hummers法将石墨粉氧化得到氧化石墨烯,氧化石墨烯与强还原剂硼氢化钠反应得到石墨烯。通过TG、XED、FT-IR、SEM和TEM等测试手段表征了实验制得的石墨烯、氧化石墨烯的结构、组成和形貌。结果表明改进的Hummers法可制得纯度较高的氧化石墨烯,氧化石墨烯含有丰富的有机集团,且出现了厚度较大的分层结构;氧化石墨烯经强还原后转化为石墨烯,大部分有机集团被削去,薄层状结构明显。实验也证明石墨烯并不具备光催化性能。2、ZnO/RGO复合光催化剂的制备及其光催化性能研究:以乙醇为溶剂,在[OH"]/[Zn2+]比为5、10或20的情况下使用醇热法制得了不同的无定型态ZnO,并通过500℃高温烧结的方法得到了粒径和形貌不同的纳米ZnO光催化剂;以氧化石墨烯为石墨烯的前驱体,采用水热法制备得到了一系列的ZnO/RGO复合材料,利用XRD、FT-IR、SEM等分析测试手段表征了复合材料进行了结构和形貌。研究了该复合材料在紫外光下对亚甲基蓝溶液的光降解情况,并对复合光催化材料循环利用性能进行了研究。结果表明[OH-]/[Zn2+]比为10时可制得粒径为5.2nm左右且形状规则分布均匀的ZnO粉末,与石墨烯复合后ZnO的光催化性能得到显著提高,在循环使用10次后其光催化效能并没有出现减弱,说明复合光催化剂的具有良好的稳定性。3、N-ZnO/RGO复合光催化剂的制备与光催化性能研究:以脲素(CH4N2O)为氮源,采用简单的溶液反应和水热法制得了氮元素掺杂的ZnO材料。并以不同的氧化石墨烯的加入量得到了不同质量分数的N-ZnO/RGO复合光催化剂。所得样品通过XRD、FT-IR、EDS和SEM等手段表征分析。氮元素的掺杂可以提高ZnO对光的利用效率,光催化实验结果也表明氮元素的掺杂在一定程度上提高了ZnO的光催化效率;与石墨烯的复合又进一步改善了N-ZnO的光催化性能,在氧化石墨烯与ZnO的复合质量比为10%时,N-ZnO/RGO复合光催化剂的光催化效率优于其它复合比例的复合材料,说明氧化石墨烯与ZnO的质量比为10%为最佳复合比例。
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