论文部分内容阅读
20世纪以来,随着现代工业的迅速发展,环境水污染问题和能源紧缺问题已经成为严重威胁人类健康和阻碍社会发展的重要因素。半导体光催化剂作为一个有效解决水污染和能源问题的可行策略已经引起了全世界的关注和研究兴趣。因此,众多的半导体材料作为活性半导体光催化剂得到了迅速的发展。而纳米ZnO材料由于其具有无毒无害、成本廉价、易于合成以及高效的光催化活性等优点在半导体光催化领域受到了广泛的研究。本文通过室温或近室温条件下的水热反应在不同的金属衬底（Al、Cu、Zn）上制备出了负载型的纳米ZnO材料,并对其光催化性能进行了研究。具体的研究内容如下:首先,本文采用室温条件下的水热反应在金属Al衬底上制备出了ZnO纳米片结构材料,并运用SEM,XRD和PL等手段对其进行了相关的表征。ZnO纳米片生长机理的研究表明Al衬底在ZnO纳米片的生长过程中除了作为衬底使用外,对ZnO形貌的调控有重要的影响。光催化性能的研究表明,ZnO纳米片具有良好的光催化活性和光催化循环稳定性。然后,本文利用室温以及低温水热反应的方法在金属Cu片上成功制备出了ZnO/Cu2O异质结构。ZnO/Cu2O异质结构I-V特性的研究结果表现出了典型的半导体二极管整流特性。光催化性能的研究表明,ZnO/Cu2O异质结构与Cu2O八面体和ZnO纳米棒相比具有较高的光催化降解率。光催化机理的研究表明,ZnO/Cu2O异质结构高效的光催化性能一方面是通过异质结构提高太阳光的利用率实现的。另一方面,ZnO/Cu2O异质结构的形成有利于促进光生电子和空穴对的分离,进一步实现光催化效率的增强。最后,进一步通过金属Zn片和水在低温下的反应,成功在金属Zn衬底上制备出了ZnO纳米锥结构。对纳米锥结构光催化性能的研究表明其对甲基橙溶液和亚甲基蓝溶液都有较好的光催化活性。通过Zn片和水低温反应制备ZnO光催化剂过程简单且成本低廉,在节约能源和工业化治理水污染等方面有着巨大的应用前景。