摘要: 氧化锌（ZnO）因其良好的热稳定性，低成本和直接带隙而广泛应用于光催化环境净化、能源转化、水分解制氢和抗菌等领域。由于不同形貌的ZnO暴露晶面情况不同，而不同晶面的催化活性存在差异，导致ZnO拥有不同的光催化性能。为此，研究者们针对制备具有... 展开 氧化锌（ZnO）因其良好的热稳定性，低成本和直接带隙而广泛应用于光催化环境净化、能源转化、水分解制氢和抗菌等领域。由于不同形貌的ZnO暴露晶面情况不同，而不同晶面的催化活性存在差异，导致ZnO拥有不同的光催化性能。为此，研究者们针对制备具有高活性晶面的ZnO材料探索了出多种合成方法。但是，如何通过一种简便、高效和环保的合成方法制备出具有特定形貌的高活性ZnO材料是目前的研究关键。 本文采用常压水热法制备了不同形貌的ZnO，详细研究了ZnO的生长机理和光催化性能，并将纳米金属颗粒沉积在具有高活性晶面的ZnO表面，制备了具有高光催化活性的纳米材料，对其合成机理及光催化性能进行了研究。本文的具体研究工作和主要研究结果如下: 1.采用常压水热法，通过碱环境制备了海胆状、六棱柱状、纺锤状、海星状和片层花状ZnO，结合微观形貌及结构表征结果分析认为，由于在不同碱性环境中电离出的OH?和NH4+在生长过程中会选择性地吸附在ZnO晶体的晶面上，使得其各个晶面生长速率发生变化，导致ZnO最终形成了特定的形貌，也使得不同形貌的ZnO具有不同的暴露晶面。海胆状ZnO以{1010}和{1011}为主要暴露晶面，六棱柱状ZnO以侧面{1010}和顶部{0001}为主要暴露晶面，纺锤状ZnO的主要暴露晶面为{1011}，海星状和片层花状是以{2110}为主要暴露晶面的片层结构组装成的ZnO颗粒。 2.以亚甲基蓝（MB）为模拟污染物，研究了ZnO形貌差异对光催化性能的影响。结果表明，具有暴露晶面为{2110}的片层花状ZnO拥有最佳的光催化性能，而海胆状ZnO的光催化活性最低。通过对活性氧的检测可知，片层花状ZnO能够产生更多的羟基自由基和超氧阴离子自由基，其在模拟日光下2h内的产量分别为47.83μmol/L和102.78μmol/L，显示出远高于其他形态ZnO的催化性能。不同暴露晶面导致催化产生活性氧的差异是光催化性能存在差异的主要原因。 3.为了进一步提高ZnO的光催化活性，在片层花状ZnO表面原位沉积纳米银（Ag）颗粒制备了Ag@ZnO复合光催化剂。分析表征结果表明，纳米Ag颗粒均匀分布在ZnO表面；Ag@ZnO材料对可见光波段的吸收性能增强。进一步的研究表明Ag@ZnO复合材料相比纯ZnO具有更高的光生电子和空穴分离效率，且具有更高的比表面积。以MB为模拟污染物检测复合材料的光催化性能，结果表明Ag@ZnO的光催化降解率随Ag负载量的增加而呈现先增大后减小的趋势。其中Ag负载量为4%时在2h内对MB的降解率达到最高为98.6%，相比纯ZnO提高了32.4%。 收起