摘要: 半导体光催化剂能够利用光能降解有机污染物，因而其在污水处理等环保领域的应用引起了人们的广泛关注。宽禁带半导体ZnO因为具有高氧化还原电势、优良的化学稳定性、成本廉价和无毒性等优点，成为了目前研究最为广泛的光催化剂之一。但是，纯ZnO在实... 展开 半导体光催化剂能够利用光能降解有机污染物，因而其在污水处理等环保领域的应用引起了人们的广泛关注。宽禁带半导体ZnO因为具有高氧化还原电势、优良的化学稳定性、成本廉价和无毒性等优点，成为了目前研究最为广泛的光催化剂之一。但是，纯ZnO在实际生产中的应用却因为其内部光生载流子复合快，对可见光响应能力差，且易于光腐蚀而受到限制。通过构筑金属离子、金属氧化物或有机分子等电子清除剂改性的ZnO基异质结构或复合材料可以改善光生电子-空穴对的分离并提高ZnO的光稳定性，最终使ZnO的光催化性能得到提高，本文绪论部分对此进行了综述。本论文的研究重点集中于ZnO基异质纳/微米结构光催化剂的可控合成及其光催化活性研究。同时，利用光电流瞬态响应谱和电化学阻抗谱对光催化剂的光电性能进行了研究，以揭示不同改性组分对光生电荷行为的影响，并讨论了其光电性能与光催化活性直接的关系。本论文的主要研究内容如下: 1、镍掺杂氧化锌分级纳米结构的可控制备及其光催化性能 采用溶剂热法在不同溶剂中制备了一系列镍掺杂氧化锌(Ni-ZnO)纳米光催化材料。光催化结果表明，Ni2+掺杂将ZnO的光吸收范围拓展至可见光区，在可见光照下的催化活性增强。根据光电流瞬态响应谱和电化学阻抗谱的结果可知，高的光降解效率是由于Ni掺入ZnO后提高了催化剂的光生电荷载流子的分离和传输效率。实验也发现，在乙二醇-水(v/v，1∶1)混合溶剂中得到的六棱柱基多面体因为含有一定量的暴露极性面且比表面积较大，所以光催化降解效率最高。后续实验也考察了在该乙二醇-水混合溶剂体系中不同Ni2+掺杂浓度对Ni-ZnO光催化活性的影响。 2、α-Fe2O3纳米粒修饰ZnO纳米棒自组装空心微球复合物的制备及其光催化性能 采用丙酮辅助浸渍沉积及后续高温煅烧的方法成功地将α-Fe2O3纳米粒子均匀的修饰到ZnO纳米棒自组装空心微球表面及纳米棒缝隙之中，所得异质结构的光吸收明显红移到了可见光区。光催化实验表明，400℃下煅烧得到的7.5 wt％α-Fe2O3/ZnO(FZ-3)光催化剂在可见光下降解罗丹明B(Rh B)的光催化活性最高。光电流瞬态响应谱和电化学阻抗谱表明，ZnO与α-Fe2O3耦合后能够提高其光生载流子分离及传输能力。 3、碳包覆的镍掺杂氧化锌核壳结构纳米棒的可控制备及其光催化性能 通过两步溶剂热法制备了碳包覆镍掺杂氧化锌(NZO@C)核壳结构纳米棒。研究结果显示，葡萄糖碳质化在Ni-ZnO纳米棒表面进行，并在其表面形成无定型碳层包覆。改变葡萄糖的加入量即可调控碳层厚度从2.5 nm变化到4.7 nm。同时实验也发现，NZO@C纳米棒在可见光区的吸收能力大大提高。光催化测试表明，与纯ZnO和Ni-ZnO纳米棒相比，NZO@C纳米棒在可见光照射下显示出了更高的光催化活性，这可能是由Ni2+、碳与ZnO之间的协同效应使得光生电荷载流子能够有效分离而引起的。值得注意的是，NZO@C-3样品的光催化活性在循环回收使用6次后几乎没有发生很大的变化，这表明通过碳包覆能够同时提高催化剂的催化活性和光稳定性。 收起