ZnO光催化材料的制備及表征畢業(yè)答辯

1、ZnO光催化材料的制備光催化材料的制備及表征及表征 報(bào)告人：報(bào)告人：XXXX指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師：XXXXXX教授教授2016年年5月月14日日1313級(jí)研究生畢業(yè)答辯級(jí)研究生畢業(yè)答辯主要內(nèi)容主要內(nèi)容緒論緒論123ZnO/C復(fù)合空心微球的水熱制備及光催化活性復(fù)合空心微球的水熱制備及光催化活性4GO摻雜納米摻雜納米ZnO的溶劑熱制備及光催化性能的溶劑熱制備及光催化性能5結(jié)論結(jié)論ZnO納米空心球的無(wú)模板溶劑熱制備及光催化性能納米空心球的無(wú)模板溶劑熱制備及光催化性能1 1 緒論緒論據(jù)報(bào)道，據(jù)報(bào)道，2015年是中國(guó)有歷史統(tǒng)計(jì)以年是中國(guó)有歷史統(tǒng)計(jì)以來(lái)的來(lái)的“最強(qiáng)厄爾尼諾年最強(qiáng)厄爾尼諾年”，多國(guó)氣象，多國(guó)氣

2、象機(jī)構(gòu)確認(rèn)厄爾尼諾已經(jīng)形成。機(jī)構(gòu)確認(rèn)厄爾尼諾已經(jīng)形成。解決當(dāng)前日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)解決當(dāng)前日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題是我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和提高題是我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和提高人民生活質(zhì)量的重要前提。人民生活質(zhì)量的重要前提。 由于半導(dǎo)體光催化劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，降由于半導(dǎo)體光催化劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，降解污染物徹底，可重復(fù)回收使用，成本解污染物徹底，可重復(fù)回收使用，成本低，制備原料簡(jiǎn)單易得，反應(yīng)速度快，低，制備原料簡(jiǎn)單易得，反應(yīng)速度快，氧化還原能力很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而在實(shí)際氧化還原能力很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而在實(shí)際應(yīng)用中大量用于環(huán)境污染治理。應(yīng)用中大量用于環(huán)境污染治理。1.1 研究背景粒子純度高粒子純度高分散性好分散性好晶形

3、好且可控制晶形好且可控制生產(chǎn)成本低生產(chǎn)成本低工藝簡(jiǎn)單工藝簡(jiǎn)單溶膠溶膠- -凝膠法凝膠法水解法水解法沉淀法沉淀法水熱法水熱法噴霧法噴霧法1.2 ZnO的常用合成方法1.3 新型光催化材料制備簡(jiǎn)單制備簡(jiǎn)單廉價(jià)廉價(jià)穩(wěn)定穩(wěn)定中能帶中能帶低的比表面積低的比表面積低的可見(jiàn)光有效利用率低的可見(jiàn)光有效利用率低的量子效率低的量子效率ZnO價(jià)帶上的價(jià)帶上的h+會(huì)躍遷到會(huì)躍遷到C3N4的價(jià)帶上。的價(jià)帶上。C3N4導(dǎo)帶的導(dǎo)帶的e-轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到ZnO導(dǎo)帶上。導(dǎo)帶上。e-從從C3N4導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到ZnO導(dǎo)帶上，導(dǎo)帶上，h+則則從從ZnO價(jià)帶轉(zhuǎn)移到價(jià)帶轉(zhuǎn)移到C3N4價(jià)帶上。價(jià)帶上。ZnO/g-C3N4納米復(fù)納米復(fù)合材

4、料可促進(jìn)電子合材料可促進(jìn)電子空穴的有效分離，空穴的有效分離，提高光催化活性。提高光催化活性。g-C3N4ZnO/g-C3N4納米復(fù)合材料ZnO-GO復(fù)合材料石墨烯高效、石墨烯高效、快速的電子遷移快速的電子遷移有效地減小了有效地減小了ZnO-GO復(fù)合材料復(fù)合材料光誘導(dǎo)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)的復(fù)合速率，從而光誘導(dǎo)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)的復(fù)合速率，從而大大提高了材料的光催化性能。大大提高了材料的光催化性能。催化催化能量存儲(chǔ)能量存儲(chǔ)生物傳感器生物傳感器藥物運(yùn)輸藥物運(yùn)輸單層的二維蜂窩狀結(jié)單層的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)的sp2碳網(wǎng)絡(luò)碳網(wǎng)絡(luò)表面積很高表面積很高電子傳輸性能優(yōu)良電子傳輸性能優(yōu)良氧化石墨烯氧化石墨烯降解有機(jī)污染物

5、降解有機(jī)污染物(環(huán)境環(huán)境)（抗菌消毒）（抗菌消毒）納米納米ZnOZnO應(yīng)用應(yīng)用光誘導(dǎo)超親水性光誘導(dǎo)超親水性(自清潔自清潔)光解水制氫光解水制氫(能源能源)一、選題的背景和意義一、選題的背景和意義ZnO1.4 納米氧化鋅的前景展望2 ZnO納米空心球的無(wú)模板溶劑熱制備納米空心球的無(wú)模板溶劑熱制備及光催化性能及光催化性能本章采用本章采用乙二醇溶劑乙二醇溶劑為反應(yīng)體系，可控制為反應(yīng)體系，可控制備納米備納米ZnO空心球，并考察空心球，并考察溶劑熱反應(yīng)時(shí)溶劑熱反應(yīng)時(shí)間、間、PVP添加量、尿素添加量添加量、尿素添加量等三個(gè)參數(shù)等三個(gè)參數(shù)對(duì)所制備對(duì)所制備ZnO空心球的形貌、晶化、顆粒空心球的形貌、晶化、顆粒

6、尺寸和光催化活性的影響，并提出了空心尺寸和光催化活性的影響，并提出了空心球的形成機(jī)理。球的形成機(jī)理。2.1 結(jié)果與討論SEM和TEM分析溶劑熱溶劑熱1 h時(shí)，沒(méi)有完整的球形結(jié)構(gòu)。時(shí)，沒(méi)有完整的球形結(jié)構(gòu)。隨著溶劑熱時(shí)間的增長(zhǎng)，大隨著溶劑熱時(shí)間的增長(zhǎng)，大量的不完美的球形組件和零碎的團(tuán)聚體逐漸消失量的不完美的球形組件和零碎的團(tuán)聚體逐漸消失，表面越來(lái)越均，表面越來(lái)越均勻。而時(shí)間延長(zhǎng)到勻。而時(shí)間延長(zhǎng)到4 h時(shí)，球體表面顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重。時(shí)，球體表面顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重。溶劑熱時(shí)間溶劑熱時(shí)間1 h1.5 h2 h4 hPVP 0 g時(shí)的樣品團(tuán)聚得非常厲害，幾乎無(wú)法獲得完整的球體。時(shí)的樣品團(tuán)聚得非常厲害，幾乎無(wú)法獲得完

7、整的球體。加入加入0.2 g PVP時(shí)有規(guī)則的納米氧化鋅球體形成，不過(guò)表面粒子吸時(shí)有規(guī)則的納米氧化鋅球體形成，不過(guò)表面粒子吸附不太均勻。當(dāng)附不太均勻。當(dāng)PVP含量為含量為0.4 g時(shí)，完整的納米時(shí)，完整的納米ZnO球體形成，球體形成，表面顆粒吸附均勻。表面顆粒吸附均勻。PVP添加量添加量0 g0.2 g0.4 g尿素添加量為尿素添加量為0.25 g和和0.5 g時(shí)時(shí)，生成的，生成的ZnO樣品形貌相差不大，樣品形貌相差不大，并有空心球的出現(xiàn)；尿素量并有空心球的出現(xiàn)；尿素量0.75 g時(shí)，時(shí)，ZnO開(kāi)始不規(guī)則團(tuán)聚。這開(kāi)始不規(guī)則團(tuán)聚。這表明，表明，一定量的尿素含量一定量的尿素含量對(duì)對(duì)ZnO空心球的制

8、備機(jī)理有一定的影響。空心球的制備機(jī)理有一定的影響。尿素添加量尿素添加量0.25 g0.5 g0.75 g可以看到圖像中微球的黑暗邊緣和明亮中心有一種強(qiáng)烈的對(duì)比差可以看到圖像中微球的黑暗邊緣和明亮中心有一種強(qiáng)烈的對(duì)比差異，可以確認(rèn)它們是空心結(jié)構(gòu)的微球。異，可以確認(rèn)它們是空心結(jié)構(gòu)的微球。溶劑熱溶劑熱2 h，PVP 0.4 g,尿素尿素0.5 g生長(zhǎng)機(jī)理氣泡，驅(qū)動(dòng)力，堿性條件，成核開(kāi)始，氣泡，驅(qū)動(dòng)力，堿性條件，成核開(kāi)始，ZnO顆粒的聚集，空心微球顆粒的聚集，空心微球 XRD分析203040506070Relative Intensity8 h4 h2 h1.5 h1 h2 (100)(002)(10

9、1)(102)(110)(103)隨著溶劑熱時(shí)間的延長(zhǎng)，隨著溶劑熱時(shí)間的延長(zhǎng)，峰強(qiáng)度不斷變尖銳、半高峰強(qiáng)度不斷變尖銳、半高寬不斷變窄。寬不斷變窄。說(shuō)明溶劑熱說(shuō)明溶劑熱反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，形成的納反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，形成的納米米ZnO晶化程度越強(qiáng)，結(jié)晶化程度越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)越接近完整。構(gòu)越接近完整。 FTIR分析O-H拉伸振動(dòng)和彎曲振動(dòng)：拉伸振動(dòng)和彎曲振動(dòng)：3400和和1630cm-1，表明了，表明了吸吸附水分子附水分子的存在。的存在。Zn-O鍵鍵的晶格振動(dòng)的晶格振動(dòng)472cm-1。比表面積分析0.00.20.40.60.81.00102030405060Adsorbed Volume (cm3/g)Relati

10、ve Presure (p/p0) 1 h 2 h 4 h100.000.010.020.030.040.050.06dV/dlogw(cm3/g)Pore size (nm) 1 h 2 h 4 h相對(duì)壓力相對(duì)壓力P/P0接近接近1有較高的吸附，意味著大孔的存在。從插圖有較高的吸附，意味著大孔的存在。從插圖可以看到三個(gè)樣品的孔徑分布集中在可以看到三個(gè)樣品的孔徑分布集中在介孔區(qū)域介孔區(qū)域（2-50 nm）。隨）。隨著溶劑熱時(shí)間的延長(zhǎng)，著溶劑熱時(shí)間的延長(zhǎng)，比表面積和孔體積逐漸減小。比表面積和孔體積逐漸減小。氮?dú)馕降獨(dú)馕? -脫附等溫線及脫附等溫線及孔徑分布孔徑分布樣品的物理性質(zhì)樣品的物理性質(zhì)

11、光催化性能分析0204060801001200.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0Ct/C0Time(min) 1h 1.5h 2h 4h024681012144 h2 h1.5 h1 h11.2411.2413.6713.679.689.685.515.51 The reaction constant （k/10-3min-1）活性分析活性分析隨著照射時(shí)間的增加，不同隨著照射時(shí)間的增加，不同時(shí)間制備的樣品對(duì)時(shí)間制備的樣品對(duì)RhB水溶水溶液濃度均逐漸減小。液濃度均逐漸減小。速率常數(shù)速率常數(shù)k 隨著溶劑熱時(shí)間隨著溶劑熱時(shí)間的增加先增后減，并在的增加先增后減，并在2 h時(shí)時(shí)達(dá)

12、最大。達(dá)最大。350400450500550020406080100120140160180160 min140 min120 min100 min 80 min 60 min 40 min 20 min 0 minFL intensity (a.u.)Wavelength (nm)OH的定性分析的定性分析紫外可見(jiàn)吸收光譜紫外可見(jiàn)吸收光譜隨著紫外光照射時(shí)間的延長(zhǎng)，隨著紫外光照射時(shí)間的延長(zhǎng)，吸收峰的強(qiáng)度逐漸減弱，表明吸收峰的強(qiáng)度逐漸減弱，表明ZnO樣品能夠有效地光催化降樣品能夠有效地光催化降解解RhB水溶液水溶液。對(duì)應(yīng)的熒光強(qiáng)度來(lái)源于對(duì)應(yīng)的熒光強(qiáng)度來(lái)源于2- -羥基羥基對(duì)苯二甲酸對(duì)苯二甲酸（由對(duì)

13、苯二甲酸（由對(duì)苯二甲酸與與OH反應(yīng)生成而來(lái)），其強(qiáng)反應(yīng)生成而來(lái)），其強(qiáng)度與溶液中產(chǎn)生的度與溶液中產(chǎn)生的OH的數(shù)量的數(shù)量是成正比例關(guān)系的，表明是成正比例關(guān)系的，表明光降光降解過(guò)程中不斷產(chǎn)生解過(guò)程中不斷產(chǎn)生OH。01002003004005006000.20.40.60.81.05 sd4 sd3 sd2 sd1 sdCt/C0Time(min)循環(huán)實(shí)驗(yàn)循環(huán)實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，制備的次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，制備的ZnO在光催化降解污染物過(guò)程中，在光催化降解污染物過(guò)程中，光催化降解性能沒(méi)有明顯的降光催化降解性能沒(méi)有明顯的降低，表現(xiàn)出很高的穩(wěn)定性。低，表現(xiàn)出很高的穩(wěn)定性。2.2 本章總結(jié)1.PVP作為表面活

14、性劑作為表面活性劑，尿素受熱產(chǎn)生氣體形成，尿素受熱產(chǎn)生氣體形成“驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力力”，并為實(shí)驗(yàn)提供堿性條件并為實(shí)驗(yàn)提供堿性條件，是形成空心球結(jié)構(gòu)的關(guān)是形成空心球結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。鍵因素。2.一定溫度條件下的溶劑熱反應(yīng)促進(jìn)了一定溫度條件下的溶劑熱反應(yīng)促進(jìn)了ZnO從無(wú)定形從無(wú)定形到晶化的轉(zhuǎn)變。到晶化的轉(zhuǎn)變。3.溶劑熱反應(yīng)時(shí)間極大地影響了納米溶劑熱反應(yīng)時(shí)間極大地影響了納米ZnO的晶化程度、的晶化程度、顆粒尺寸、顆粒尺寸、BET比表面積、孔體積和光催化活性。比表面積、孔體積和光催化活性。3 ZnO/C復(fù)合空心微球的水熱制備及光催復(fù)合空心微球的水熱制備及光催化活性化活性本文以本文以葡萄糖酸鋅葡萄糖酸鋅作為原料（

15、鋅源和碳源），作為原料（鋅源和碳源），調(diào)節(jié)溶液調(diào)節(jié)溶液pH，使用水熱反應(yīng)自模板法，使用水熱反應(yīng)自模板法“一鍋一鍋”制備出了多殼層的制備出了多殼層的ZnO/C復(fù)合空心球。復(fù)合空心球。3.1 結(jié)果與討論 SEM/TEM分析隨著煅燒時(shí)間的增加，隨著煅燒時(shí)間的增加，碳球不斷以氣體碳球不斷以氣體CO2的的形式被除去，空心球殼形式被除去，空心球殼層越來(lái)越薄，表面越來(lái)層越來(lái)越薄，表面越來(lái)越光滑；微球直徑不斷越光滑；微球直徑不斷減小可能是由于隨著碳減小可能是由于隨著碳球的移除導(dǎo)致了空心微球的移除導(dǎo)致了空心微球的萎縮，或者是大球球的萎縮，或者是大球里面的小球隨著大球破里面的小球隨著大球破裂而不斷增多。裂而不斷增

16、多。ZnO/C-0.5ZnO/C-1ZnO/C-2ZnO/C-4小球被包圍在直徑較大的球里面形成了小球被包圍在直徑較大的球里面形成了“球中球球中球”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，由黑色，由黑色圓邊和較亮的球內(nèi)部的相互對(duì)比可以看出，直徑較小的小球也是圓邊和較亮的球內(nèi)部的相互對(duì)比可以看出，直徑較小的小球也是空心的，證明空心的，證明ZnO/C-4樣品是球中球結(jié)構(gòu)的。這種結(jié)構(gòu)可以使光樣品是球中球結(jié)構(gòu)的。這種結(jié)構(gòu)可以使光的電磁波在光催化劑內(nèi)部的空腔內(nèi)進(jìn)行的電磁波在光催化劑內(nèi)部的空腔內(nèi)進(jìn)行多次反射多次反射從而增強(qiáng)了從而增強(qiáng)了對(duì)光對(duì)光的有效利用的有效利用，極大地增強(qiáng)其光催化活性。，極大地增強(qiáng)其光催化活性。ZnO/C-4生長(zhǎng)機(jī)理

17、分析XRD分析304050607001002003004005006007008000.5h1h2h(103)(110)(102)(002)(100)(101)Relative intensity2 Theta(degrees)4h隨著煅燒時(shí)間的不斷增加，隨著煅燒時(shí)間的不斷增加，（100）、（）、（002）和（）和（101）面的衍射峰強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)。面的衍射峰強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)。說(shuō)明煅燒時(shí)間越長(zhǎng)，碳模說(shuō)明煅燒時(shí)間越長(zhǎng)，碳模板的煅燒越完全，形成的板的煅燒越完全，形成的納米納米ZnO晶體結(jié)構(gòu)越好。晶體結(jié)構(gòu)越好。FT-IR分析40003500300025002000150010005006080100120

18、14016034601090140016300.5h1h2h4hRelative IntensityWavenumbers (cm-1)478Zn-O的晶格振動(dòng)的晶格振動(dòng):478cm-1。O-H拉伸振動(dòng)和彎曲振動(dòng)拉伸振動(dòng)和彎曲振動(dòng): 3460和和1630cm-1，表明樣品中，表明樣品中吸附水分子的存在。吸附水分子的存在。C-H鍵的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)鍵的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng): 3080-3020和和1000-675cm-1?？捉Y(jié)構(gòu)和BET比表面積0.00.20.40.60.81.002040 1101000.000.050.100.150.20dV/dlogw (cm3/g)Pore size (

19、nm)Relative pressure (p/p0)Adsorbed volume(cm3/g)樣品具有樣品具有型的等溫線和兩個(gè)滯后回環(huán)。相對(duì)壓力接近型的等溫線和兩個(gè)滯后回環(huán)。相對(duì)壓力接近1有較高的有較高的吸附表明有較大孔的存在。插圖顯示出樣品是雙峰孔徑分布（吸附表明有較大孔的存在。插圖顯示出樣品是雙峰孔徑分布（4.5 和和12.5 nm的介孔）。的介孔）。隨著煅燒時(shí)間的增加，碳含量不斷減小，比隨著煅燒時(shí)間的增加，碳含量不斷減小，比表面積、孔體積和孔隙率逐漸減小，平均孔尺寸不斷變大。表面積、孔體積和孔隙率逐漸減小，平均孔尺寸不斷變大。ZnO/C-4樣品的物理性質(zhì)樣品的物理性質(zhì) XPS分析02

20、004006008001000aIntensityZn 2p1/2Zn 2p3/2O KLLZn LMMaZn LMMcO 1sZn LMMbC 1sZn 3sZn 3pZn 3dBindingEnergy (eV)多殼層的多殼層的ZnO/C-4空心球材料的空心球材料的XPS全譜，結(jié)果表示，該樣品全譜，結(jié)果表示，該樣品主要含有主要含有Zn、C和和O三種元素。三種元素。XPS全譜全譜1010102010301040105010601070bCounts1044.291021.13Zn 2p1/2Zn 2p3/2Binding Energy (eV)280285290295c284.69C 1sI

21、ntensityBinding Energy (eV)C 1sZn 2pO 1sZn 2pXPS高分辨譜中，對(duì)應(yīng)的結(jié)合能分別為高分辨譜中，對(duì)應(yīng)的結(jié)合能分別為1021.13和和1044.29eV，并且分別屬于并且分別屬于Zn 2p3/2的的Zn和和Zn 2p1/2的的Zn。在。在C1s譜中，它對(duì)應(yīng)的譜中，它對(duì)應(yīng)的光電子能譜的峰的位置在光電子能譜的峰的位置在284.69eV，C的峰主要來(lái)源于樣品中殘留，的峰主要來(lái)源于樣品中殘留，其次是儀器本身附著的碳?xì)浠衔?。在其次是儀器本身附著的碳?xì)浠衔铩Ｔ贠 1s譜中，譜中，O可以擬合成兩可以擬合成兩個(gè)峰：分別是位于個(gè)峰：分別是位于529.95eV的主峰和位

22、于的主峰和位于531.55eV的肩峰，并分的肩峰，并分別屬于別屬于ZnO中的中的Zn-O峰和峰和ZnO表面的羥基（表面的羥基（OH）峰。較高的羥）峰。較高的羥基含量是由于基含量是由于ZnO空心球表面的空心球表面的Zn-O-Zn鍵的破壞和鍵的破壞和Zn-OH鍵的鍵的形成造成的。形成造成的。530535540O 1sd531.55529.95529.96IntensityBinding Energy (eV)光催化活性與羥基含量的測(cè)定0204060801001200.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0Ct/C0Time(min) 0.5h 1h 2h 4h1234024

23、68101214161818.4313.228.786.01k(10-3min-1)活性分析活性分析煅燒時(shí)間從煅燒時(shí)間從0.5 h、1.0 h、2.0 h到到4.0 h，降解，降解RhB水溶液越來(lái)水溶液越來(lái)越徹底，脫色效果越來(lái)越明顯。越徹底，脫色效果越來(lái)越明顯。樣品樣品ZnO/C-4在光照在光照120分鐘分鐘后降解率最高，達(dá)到后降解率最高，達(dá)到92.4%。隨著煅燒時(shí)間的增大，表觀速隨著煅燒時(shí)間的增大，表觀速率常數(shù)率常數(shù)k逐漸增加。當(dāng)煅燒時(shí)逐漸增加。當(dāng)煅燒時(shí)間為間為4 h時(shí)，樣品時(shí)，樣品ZnO/C-4的降的降解速率常數(shù)解速率常數(shù)k值達(dá)到最高值達(dá)到最高（18.4310-3）。）。400440480

24、5205606000.00.20.40.60.81.0120 min100 min80 min60 min40 min20 min0 minIntensity(a.u.)Wavelength(nm)35040045050055002004006008001000120014001600wavelength /nm160 min140 min120 min40 min80 min100 min20 min60 min0 minFluorescence intensity (a.u.)紫外可見(jiàn)吸收光譜紫外可見(jiàn)吸收光譜隨著時(shí)間的推移，在隨著時(shí)間的推移，在552nm處的吸收峰逐漸減小，并且處的吸收峰逐

25、漸減小，并且伴隨有輕微的藍(lán)移現(xiàn)象。在伴隨有輕微的藍(lán)移現(xiàn)象。在這個(gè)過(guò)程中，這個(gè)過(guò)程中，RhB水溶液的水溶液的濃度的降低表明降解效果明濃度的降低表明降解效果明顯，藍(lán)移現(xiàn)象表明可能有中顯，藍(lán)移現(xiàn)象表明可能有中間產(chǎn)物產(chǎn)生。間產(chǎn)物產(chǎn)生。隨著時(shí)間的逐漸增加，熒光強(qiáng)隨著時(shí)間的逐漸增加，熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，表明溶液中羥基度逐漸增強(qiáng)，表明溶液中羥基自由基的含量隨光照時(shí)間的延自由基的含量隨光照時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增多。長(zhǎng)不斷增多。OH的定性分析的定性分析01002003004005006000.20.40.60.81.05 sd4 sd3 sd2 sd1 sdCt/C0Time(min)循環(huán)實(shí)驗(yàn)循環(huán)實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)5次重復(fù)實(shí)

26、驗(yàn)的次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的ZnO/C-4保持了幾乎不變的催化保持了幾乎不變的催化性能，說(shuō)明制備的性能，說(shuō)明制備的ZnO/C-4在光催化降解污染物過(guò)程在光催化降解污染物過(guò)程中，沒(méi)有失活，表現(xiàn)出了良好的抗光蝕穩(wěn)定性。中，沒(méi)有失活，表現(xiàn)出了良好的抗光蝕穩(wěn)定性。3.2 本章總結(jié)1.煅燒時(shí)間煅燒時(shí)間極大地影響了多殼層極大地影響了多殼層ZnO/C空心球的形空心球的形貌和光催化效果。貌和光催化效果。2.隨著煅燒時(shí)間的逐漸增加，碳含量快速減少，空隨著煅燒時(shí)間的逐漸增加，碳含量快速減少，空心球殼層越來(lái)越薄，比表面積不斷減小，表面越來(lái)心球殼層越來(lái)越薄，比表面積不斷減小，表面越來(lái)越光滑，平均孔尺寸逐漸增大，但越光滑，平均孔尺

27、寸逐漸增大，但ZnO的晶化程度的晶化程度不斷提高，光催化性能逐漸增強(qiáng)。不斷提高，光催化性能逐漸增強(qiáng)。4 GO摻雜納米摻雜納米ZnO的溶劑熱制備及光催化的溶劑熱制備及光催化性能性能通過(guò)溶劑熱處理后，氧化石墨烯參與反應(yīng)并在反應(yīng)通過(guò)溶劑熱處理后，氧化石墨烯參與反應(yīng)并在反應(yīng)過(guò)程中過(guò)程中轉(zhuǎn)變成了還原氧化石墨烯轉(zhuǎn)變成了還原氧化石墨烯(rGO)，最后制備，最后制備的樣品是的樣品是rGO-ZnO納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料。改變氧化石墨烯。改變氧化石墨烯的加入量，分別制備出五種不同重量比的的加入量，分別制備出五種不同重量比的rGO-ZnO復(fù)合材料，并復(fù)合材料，并研究了研究了GO的加入量對(duì)復(fù)合材料光催化的加入量對(duì)復(fù)

28、合材料光催化活性的影響活性的影響。5.1 結(jié)果與討論 XRD分析2030405060 (100)Relative Intensity (a.u) (002) (101) rGZ-2.0 rGZ-1.5 rGZ-1.0 rGZ-0.5 rGZ-0 2 Theta (degree)隨著隨著GO加入量的增大，加入量的增大，ZnO的（的（101）、（）、（002）、（）、（100）面特征衍射峰強(qiáng)度越來(lái)越弱，面特征衍射峰強(qiáng)度越來(lái)越弱，半峰寬不斷增大。這可能是半峰寬不斷增大。這可能是由于由于GO的加入抑制了的加入抑制了ZnO的的晶化。一般來(lái)說(shuō)，晶化。一般來(lái)說(shuō)，GO在水熱在水熱過(guò)程中能被還原為過(guò)程中能被還原

29、為rGO。但。但圖中并沒(méi)有圖中并沒(méi)有GO或或rGO的特征的特征吸收峰，這是由于吸收峰，這是由于GO的加入的加入量太小。量太小。 SEM分析所有的所有的rGO-ZnO復(fù)合樣品中的復(fù)合樣品中的GO薄片都是附著在薄片都是附著在ZnO顆顆粒上的，形貌區(qū)別較大。純粒上的，形貌區(qū)別較大。純ZnO是比較規(guī)整球狀形貌，隨是比較規(guī)整球狀形貌，隨著著GO/ZnO質(zhì)量比的增加，樣品表面結(jié)構(gòu)越來(lái)越模糊。質(zhì)量比的增加，樣品表面結(jié)構(gòu)越來(lái)越模糊。rGZ-0rGZ-0.5rGZ-1.0rGZ-2.0rGZ-1.5400035003000250020001500100050040608010012014016018020022

30、02402602803001378 478.7 1580 1624 3340 G2.0%-ZnO G1.5%-ZnO G1.0%-ZnO G0.5%-ZnO G0%-ZnO Transmitance(%) Wave Number/cm-1FT-IR分析rGO：1580，1378，1221，1051cm1。O-H的拉伸振動(dòng)和彎曲振動(dòng)：的拉伸振動(dòng)和彎曲振動(dòng)：3324和和1630cm-1，表明復(fù)合物中含，表明復(fù)合物中含有吸附水分子的存在。有吸附水分子的存在。Zn-O鍵的晶格振動(dòng)：鍵的晶格振動(dòng)：478.7cm1。0.00.51.01.52.005101520 10.14 10.14 16.14 16.

31、14 21.13 21.13 17.73 17.73 4.52 4.52 The reaction constant （K/10-3min-1） The percentage of graphene oxid5006000.00.20.40.60.81.0 120min 100min 80min 60min 40min 20min 0min Absorbance(a.u.) Wavelength(nm)光催化活性活性分析活性分析紫外可見(jiàn)吸收光譜紫外可見(jiàn)吸收光譜純的純的ZnO樣品表現(xiàn)出較低的光催樣品表現(xiàn)出較低的光催化活性，隨著化活性，隨著GO/ZnO的質(zhì)量比的質(zhì)量比的增大，的增大，k值先增后降，

32、在值先增后降，在1.0%時(shí)時(shí)k值最大。表明值最大。表明GO的復(fù)合明的復(fù)合明顯提高了顯提高了ZnO的光催化活性。的光催化活性。隨著光照時(shí)間的推移，樣品隨著光照時(shí)間的推移，樣品rGZ-1.0對(duì)對(duì)RhB水溶液的降解水溶液的降解速率很快，說(shuō)明樣品速率很快，說(shuō)明樣品rGZ-1.0有良好的光催化性能。有良好的光催化性能。5.2 結(jié)論1.本章以醋酸鋅和尿素為原料，用本章以醋酸鋅和尿素為原料，用PVP做表面活性劑，做表面活性劑，在氧化石墨烯和乙二醇的混合溶液中在氧化石墨烯和乙二醇的混合溶液中溶劑熱合成溶劑熱合成rGO-ZnO復(fù)合光催化材料復(fù)合光催化材料，考察了考察了GO的添加量對(duì)新制樣的添加量對(duì)新制樣品的微結(jié)

33、構(gòu)、晶化程度和光催化活性的影響品的微結(jié)構(gòu)、晶化程度和光催化活性的影響。2.GO/ZnO質(zhì)量比為質(zhì)量比為1.0%時(shí)制備的樣品時(shí)制備的樣品rGZ-1.0的光催的光催化效果最好，化效果最好，是純是純ZnO樣品的樣品的4.6倍倍。3.加入氧化石墨烯量有利于電子從加入氧化石墨烯量有利于電子從ZnOrGO轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生大量的光生電子空穴對(duì)，增加光催化性能。產(chǎn)生大量的光生電子空穴對(duì)，增加光催化性能。5 結(jié)論結(jié)論1.在不添加任何模板的條件下，通過(guò)一步水熱反應(yīng)制在不添加任何模板的條件下，通過(guò)一步水熱反應(yīng)制備出了空心球狀納米備出了空心球狀納米ZnO光催化材料。光催化材料。2.以葡萄糖酸鋅為原料，一定以葡萄糖酸鋅為原料，一定pH條件下，使用水熱反條件下，使用水熱反應(yīng)自模板法合成了多殼層的應(yīng)自模板法合成了多殼層的ZnO/C復(fù)合空心微球。復(fù)合空心微球。3.基于基于GO半導(dǎo)體光催化材料的研究。半導(dǎo)體光催化材料的研究。ZnO-rGO復(fù)合復(fù)合物可以促進(jìn)光生電子和空穴的有效分離物可以促進(jìn)光生電子和空穴的有效分離，