形貌可控ZnO微纳米结构的水热合成及光催化性能

以乙醇胺为辅助溶剂,采用水热合成法,制备了花状、梭状和剑状的ZnO微纳米结构。采用扫描电镜（SEM）、Ｘ射线衍射（XRD）、光致发光光谱（PL）和拉曼光谱等测试手段对样品的形貌、结构、晶相等进行了表征。结果表明所有样品均为六方纤锌矿结构ZnO;其形貌和结晶度可通过改变物质的量的配比n_Zn²⁺/n_OH^-来调控。探讨了反应物配比对产物形貌结构的影响,乙醇胺对不同形貌ZnO的制备起到至关重要作用。以亚甲基蓝为目标降解物,采用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）并结合低温氮吸附-脱附比表面测试（BET）,研究了花状、梭状和剑状ZnO的光催化活性。结果表明,与商用ZnO相比,制备的ZnO具有更好的光催化活性;样品催化活性与其比表面积不成正比,具有最小比表面积的花状ZnO拥有最好的光催化活性,这可能是由于其低的结晶度和特殊的花状形貌所致。     

溶胶凝胶辅助水热可控合成ZnO不同形貌分级结构光催化剂

以Zn(NO3)2·6H2O、柠檬酸和Na OH为原料,采用溶胶凝胶(sol-gel)辅助水热法,仅通过改变水热时间,就可得到片花、棒花及梭状3种不同形貌ZnO分级结构。利用XRD、SEM、UV-Vis DRS、光致发光光谱(PL)和氮低温吸附-脱附等手段对合成的ZnO样品进行了表征。推测了合成条件下不同形貌ZnO分级结构形成的机理。以活性翠兰(KGL)为模拟印染废水,考察了其光催化活性。结果表明,虽然所合成的不同形貌的ZnO样品在光照120 min后均能使KGL降解78%以上,但其中水热4 h得到的片花状ZnO光催化性能最好,可降解99%的KGL,这与其片花状的形貌、较大的比表面积、较多的表面氧缺陷和极性面有关。     

溶胶凝胶辅助水热可控合成ZnO不同形貌分级结构光催化剂

以Zn(NO₃)₂·6H₂O、柠檬酸和NaOH为原料,采用溶胶凝胶(sol-gel)辅助水热法,仅通过改变水热时间,就可得到片花、棒花及梭状3种不同形貌ZnO分级结构。利用XRD、SEM、UV-Vis DRS、光致发光光谱(PL)和氮低温吸附-脱附等手段对合成的ZnO样品进行了表征。推测了合成条件下不同形貌ZnO分级结构形成的机理。以活性翠兰(KGL)为模拟印染废水,考察了其光催化活性。结果表明,虽然所合成的不同形貌的ZnO样品在光照120 min后均能使KGL降解78%以上,但其中水热4 h得到的片花状ZnO光催化性能最好,可降解99%的KGL,这与其片花状的形貌、较大的比表面积、较多的表面氧缺陷和极性面有关。     

可见光响应Fe掺杂ZnO的制备及光催化性能的研究

以硝酸锌、氯化铁等为原料,采用水热合成法制备不同比例Fe掺杂的ZnO光催化剂(Fe-ZnO)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼散射(Raman)和紫外可见(UV-vis)漫反射光谱对样品的形貌、结构、相组成进行表征。结果表明,Fe已经掺入了ZnO晶格中;掺杂使光吸收带向红外区域扩展,提高可见光响应。BET测试发现Fe掺杂的ZnO材料具有很好的结构稳定性和相当高的比表面积,对Cr(VI)水溶液进行降解实验,结果显示Fe掺杂后ZnO具有较高的光催化活性和良好的稳定性。     

纳米Ag/ZnO光催化剂及其催化降解壬基酚聚氧乙烯醚性能

采用氨浸法制备了不同Ag负载量的纳米Ag/ZnO光催化剂,并用X射线衍射、比表面积测定、X射线光电子能谱和漫反射紫外-可见光谱测定了Ag/ZnO的晶型结构、比表面积、表面组成和光谱特征.以壬基酚聚氧乙烯醚(NPE-10)为模型污染物,分别在紫外光和可见光照射下考察了纳米Ag/ZnO的光催化活性.结果表明,Ag能成功地负载到ZnO表面,且随着Ag负载量的增加,ZnO的粒径逐渐增大,比表面积逐渐减小.与纳米ZnO样品相比,Ag/ZnO中Ag 3d5/2结合能减小,而Zn 2p和O 1s结合能增大,ZnO表面的羟基氧和吸附氧含量增加.当Ag负载量大于0.5%时,Ag/ZnO样品的吸收光谱发生红移,在可见光区出现吸收.光催化降解结果表明,0.5%Ag/ZnO样品的光催化活性最高,在紫外光和可见光照射3 h后NPE-10降解率分别约为77%和56%,而ZnO样品的光催化活性仅约为61%和40%.     

多孔柿饼状BiOBr光催化剂的简易溶剂热法合成（英文）

以硝酸铋和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为Bi和Br源,采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助溶剂热法首次成功制备了多孔纳米片聚结的柿饼状溴氧化铋(BiOBr)。通过多种分析技术对分级微米结构BiOBr材料的物化性质进行了表征,并对其在可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)的光催化活性进行了评价。结果表明,溶剂热时间和PVP的加入量对产物的颗粒形貌和结晶度有显著影响。当加入0.7 g PVP时,120℃溶剂热处理12 h,可得到多孔纳米片聚结的柿饼状BiOBr样品。多孔柿饼状BiOBr样品的比表面积为4 m2·g^-1,带隙能为2.64 eV,在可见光区具有较强的光吸收性能,具有良好的可见光驱动降解MB的光催化活性和稳定性。我们推断,多孔纳米片聚结的柿饼状BiOBr样品具有优良的可见光催化性能,这与该样品的较高比表面积、多孔结构、低带隙能以及独特的颗粒形貌有关。     

钨酸锌纳米结构的水热合成及其光催化性能研究

使用柠檬酸钠辅助的水热法合成了具有不同形貌的ZnWO4(如片状、花状)纳米颗粒,并采用X-射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等方法对样品的结构和组成进行表征。研究了溶剂组分和溶液pH值对产物形貌的影响。通过对反应产物形貌随时间变化的观察,提出了片状和花状ZnWO4纳米颗粒可能的生长机理。以罗丹明B(RhB)为催化降解对象,对样品在水溶液中的光催化性质进行了研究。结果表明,ZnWO4纳米颗粒的比表面积和孔径尺寸等结构特性对其光催化活性具有明显影响。     

CeO_2/ZnO复合纳米管的制备及其光催化性能的研究

用纳米CeO2掺入ZnO纳米管制备了CeO2/ZnO复合纳米管,考察了复合纳米管的光学及其光催化性能,并运用X射线衍射、透射电镜、比表面积测定和紫外-可见漫反射光谱等技术对样品进行了表征.结果表明,与ZnO纳米管相比,CeO2/ZnO复合纳米管的比表面积虽有所降低,但光催化活性有所提高,随着复合纳米CeO2量的增加,催化剂的光催化活性相应降低,太阳光下CeO2/ZnO复合纳米管对甲基橙溶液也有较高的催化活性.     

砚状ZnO/石墨烯复合物的制备及其光催化性能

采用一步溶液法制备了具有砚状形貌的ZnO/石墨烯复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等研究不同制备条件下ZnO形貌、石墨烯的复合状态和砚状ZnO的生长机理;通过测试300W氙灯对甲基蓝溶液(MB)的光催化效率,研究制备条件、形貌结构对复合物的光催化性能的影响;通过对复合物光致发光(PL)光谱以及紫外-可见光谱测试,研究石墨烯复合物对光生电子-空穴对的复合以及光吸收效率的影响。研究结果表明,砚状ZnO的生长机理为"掏蚀机理";复合石墨烯增强了这种ZnO的光吸收效率、降低了ZnO的带隙,并且降低了光生电子-空穴对复合几率,有利于提高光催化性能;砚状ZnO的砚底上表面粗糙,有利于反应面积的增加,砚底的厚度较薄,有利于光生电子-空穴对在较强的内建电场下迅速向相反方向分离,降低其复合几率,从而使其具有优异的光催化性能。     

三维有序介孔/大孔TiO2微球的制备、表征及光催化性能

以聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板,分别以钛酸四丁酯和四异丙醇钛为钛源,通过溶胶-凝胶法辅助模板法制得TiO2纳米微球前驱体,并用程序升温控制其焙烧温度,最终成功制得了具有三维有序介孔/大孔复合结构的TiO2微球.以罗丹明B(RhB)为模型污染物,探索了以不同钛源制备得到的介孔/大孔复合TiO2微球的光催化性能;并采用XRD、SEM、TEM、UV-vis DRS、比表面积测试、光催化性能测试等对样品的晶粒尺寸、物相、形貌、光吸收、比表面积及性能等进行了分析.结果表明,运用溶胶凝胶法辅助模板法能够合成结晶度高、形貌规整、比表面积大、光催化活性良好的锐钛矿相TiO2微球.     

Photocatalytic Dissociation of CH3OH on ZnO(0001) Surface

Photocatalysis of CH₃OH on the ZnO(0001) surface has been investigated by using temperature-programmed desorption (TPD) method with a 266 nm laser light. TPD results show that part of the CH₃OH adsorbed on ZnO(0001) surface are in molecular form, while others are dissociated. The thermal reaction products of H₂, CH₃^·, H₂O, CO, CH₂O, CO₂ and CH₃OH have been detected. Experiments with the UV laser light indicate that the irradiation can promote the dissociation of CH₃OH/CH₃O^· to form CH₂O, which can be future converted to HCOO^- during heating or illumination. The reaction between CH₃OH_Znand OH_ad can form the H₂O molecule at the Zn site. Both temperature and illumination promote the desorption of CH₃^· from CH₃O^·. The research provides a new insight into the photocatalytic reaction mechanism of CH3OH on ZnO(0001).     

Synthesis,Characterization and Photocatalytic Activity of Mg‐Impregnated ZnO–SnO2 Coupled Nanoparticles

ZnO–SnO₂ nanoparticles were prepared by coprecipitation method; then Mg, with different molar ratios and calcination temperatures, was loaded on the coupled nanoparticles by impregnation method. The synthesized nanoparticles were characterized by X‐ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), energy dispersive X‐ray spectroscopy (EDX), transmission electron microscopy (TEM), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), and Brunauer–Emmett–Teller (BET) techniques. Based on XRD results, the ZnO–SnO₂ and Mg/ZnO–SnO₂ nanoparticles were made of ZnO and SnO₂ nanocrystallites. According to DRS spectra, the band gap energy value of 3.13 and 3.18 eV were obtained for ZnO–SnO₂ and Mg/ZnO–SnO₂ nanoparticles, respectively. BET analysis revealed a Type III isotherm with a microporous structure and surface area of 32.051 and 49.065 m² g^?1 for ZnO–SnO₂ and Mg/ZnO–SnO₂, respectively. Also, the spherical shape of nanocrystallites was deduced from TEM and FESEM images. The photocatalytic performance of pure ZnO–SnO₂ and Mg/ZnO–SnO₂ was analyzed in the photocatalytic removal of methyl orange (MO). The results indicated that Mg/ZnO–SnO₂ exhibited superior photocatalytic activity to bare ZnO–SnO₂ photocatalyst due to high surface area, increased MO adsorption and larger band gap energy. Maximum photocatalytic activity of Mg/ZnO–SnO₂ nanoparticles was obtained with 0.8 mol% Mg and calcination temperature of 350°C.     

Ag3PO4/Ag2S/g-C3N4复合光催化剂的制备与性能

通过沉积法和离子交换法成功地制备了Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化剂。利用X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N_2吸附-脱附等温线、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱等手段对样品进行了表征。通过降解罗丹明B考察其可见光催化活性及稳定性,研究了硫化钠与磷酸银物质的量的比值(n_(Na_2S)/n_(Ag_3PO_4))、g-C_3N_4添加量对所制备复合光催化材料性能的影响,同时对光催化机理进行了探讨。结果表明,随着n_(Na2S)/n_(Ag3PO4)的增加,所得复合催化材料活性先增加后降低;当n_(Na2S)/n_(Ag_3PO_4)为1.5%、g-C_3N_4与Ag_3PO_4的质量比为3∶7时制备的催化剂ASC1.5的光催化活性最好,在可见光照射下,40 min内可将罗丹明B完全降解,且5次循环使用后仍保持较高的催化活性。和Ag_3PO_4相比,Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化材料的活性与稳定性都得到明显提高,这主要归因于复合催化剂比表面积和孔结构的增加,载流子分离效率的提高。光催化机理研究表明,空穴(h~+)、超氧阴离子自由基(·O~(2-))和羟基自由基(·OH)都是光催化过程中的主要活性物种。三者作用大小依次为:h~+·O~(2-)·OH。     

Preparation, characterization and photocatalytic performance of Mo-doped ZnO photocatalysts

A series of Mo-doped ZnO photocatalysts with different Mo-dopant concentrations have been prepared by a grinding-calcination method.The structure of these photocatalysts was characterized by a variety of methods,including N 2 physical adsorption,X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy(SEM),Fourier transform infrared(FT-IR) spectroscopy,photoluminescence(PL) emission spectroscopy,and UV-vis diffuse reflectance spectroscopy(DRS).It was found that Mo 6+ could enter into the crystal lattice of ZnO due to the radius of Mo 6+(0.065 nm) being smaller than that of Zn 2+(0.083 nm).XRD results indicated that Mo 6+ suppressed the growth of ZnO crystals.The FT-IR spectroscopy results showed that the ZnO with 2 wt.% Mo-doping has a higher level of surface hydroxyl groups than pure ZnO.PL spectroscopy indicated that ZnO with 2 wt.% Mo-doping also exhibited the largest reduction in the intensity of the emission peak at 390 nm caused by the recombination of photogenerated hole-electron pairs.The activities of the Mo-doped ZnO photocatalysts were investigated in the photocatalytic degradation of acid orange II under UV light(λ = 365 nm) irradiation.It was found that ZnO with 2 wt.% Mo-doping showed much higher photocatalytic activity and stability than pure ZnO.The high photocatalytic performance of the Mo-doped ZnO can be attributed to a great improvement in the surface properties of ZnO,higher crystallinity and lower recombination rate of photogenerated hole-electron(e-/h+) pairs.Moreover,the undoped Mo species may exist in the form of MoO3 and form MoO3 /ZnO heterojunctions which further favors the separation of e-/h+ pairs.     

Calcination temperature-dependent morphology of photocatalytic ZnO nanoparticles prepared by an electrochemical–thermal method

ZnO nanoparticles (NPs) with tunable morphologies were synthesized by a hybrid electrochemical–thermal method at different calcination temperatures without the use of any surfactant or template. The NPs were characterized by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, X-ray diffraction, dynamic light scattering, thermogravimetry–differential thermal analysis, scanning electron microscope and N₂ gas adsorption–desorption studies. The FT-IR spectra of ZnO NPs showed a band at 450 cm^?1, a characteristic of ZnO, which remained fairly unchanged at calcination temperatures even above 300 °C, indicating complete conversion of the precursor to ZnO. The products were thermally stable above 300 °C. The ZnO NPs were present in a hexagonal wurtzite phase and the crystallinity of ZnO increased with an increasing calcination temperature. The ZnO NPs calcined at lower temperature were mesoporous in nature. The surface areas of ZnO NPs calcined at 300 and 400 °C were 51.10 and 40.60 m² g^?1, respectively, which are significantly larger than commercial ZnO nanopowder. Surface diffusion has been found to be the key mechanism of sintering during heating from 300 to 700 °C with the activation energy of sintering as 8.33 kJ mol^?1. The photocatalytic activity of ZnO NPs calcined at different temperatures evaluated by photocatalytic degradation of methylene blue under sunlight showed strong dependence on the surface area of ZnO NPs. The ZnO NPs with high surface area showed enhanced photocatalytic activity.     

碱式硫酸锌转化法制备ZnO多孔片及其光致发光性能

采用化学浴沉积法制备了碱式硫酸锌(ZSH)纳米片, 并经1000 ℃煅烧处理得到了ZnO多孔片. 详细研究了ZSH在Zn²⁺-六亚甲基四胺前驱体溶液体系中的形成机理、ZSH 的热解过程、ZnO的结晶性、微结构以及光致发光性能. 结果表明, 所得ZnO多孔片呈规则六角形状, 其尺寸为10-50 μm, 厚度为200-500 nm, 由于高温固相反应中传质等因素的限制, 构成薄片的ZnO晶粒呈多边形或不规则形貌, 晶粒间的孔为亚微米孔, 尺寸在100-500 nm范围. ZnO多孔薄片结晶性良好, 在388 nm处表现出较强紫外发光, 无可见光区的缺陷发光. 机理分析表明, SO₄^2- 与Zn²⁺的高亲和力是Zn²⁺-六亚甲基四胺体系中ZSH生成的根本原因, 而ZSH的热分解过程对ZnO多孔片的形貌和微结构影响显著. 本研究提出了一种制备高结晶质量ZnO多孔材料的新方法, 所得ZnO多孔片可望在催化、染料敏化太阳能电池、紫外光电器件等领域得到应用.     

微波水热两步法合成高可见光响应Ag2S/ZnO及其光催化性能、机理

在不同的制备条件下,通过微波水热两步法获得了一系列Ag₂S/ZnO光催化剂,采用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis/DRS)、扫描电子显微镜(SEM)和N₂吸附-脱附等测试手段对产物结构和形貌进行了表征。结果表明,产物以六方纤锌矿ZnO为主,其晶型结构并未随着反应温度和Ag₂S物质的量的增加而改变。Ag₂S的引入显著增强了光催化剂在可见光区的吸收,使吸收边带发生红移,同时抑制了ZnO(001)晶面的生长。另外,所得产物的形貌随着Ag₂S物质的量的增加从爆米花状转变为少量的柱体颗粒,且BET比表面积经过复合后明显减小。以罗丹明B为目标降解物,研究并比较了一系列Ag₂S/ZnO光催化剂对罗丹明B的光降解性能。结果表明,n_Ag2S/n_ZnO=1:10时,光催化剂在紫外光、可见光和模拟日光的照射下具有最好的光催化效果,优于目前应用最广泛的市售P25。另外,所制备的光催化材料Ag₂S/ZnO经4次循环使用后,其降解效率没有明显下降,表明该催化材料具有一定的光催化稳定性。经捕获实验研究发现,在Ag₂S/ZnO的光催化反应中空穴起主要作用,并根据绝对电负性估算了复合材料Ag₂S/ZnO的能带位置,据此提出了可能的光催化反应机理。     

微波水热两步法合成高可见光响应Ag2S/ZnO及其光催化性能、机理

在不同的制备条件下,通过微波水热两步法获得了一系列Ag₂S/ZnO光催化剂,采用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis/DRS)、扫描电子显微镜(SEM)和N₂吸附-脱附等测试手段对产物结构和形貌进行了表征。结果表明,产物以六方纤锌矿ZnO为主,其晶型结构并未随着反应温度和Ag₂S物质的量的增加而改变。Ag₂S的引入显著增强了光催化剂在可见光区的吸收,使吸收边带发生红移,同时抑制了ZnO(001)晶面的生长。另外,所得产物的形貌随着Ag₂S物质的量的增加从爆米花状转变为少量的柱体颗粒,且BET比表面积经过复合后明显减小。以罗丹明B为目标降解物,研究并比较了一系列Ag₂S/ZnO光催化剂对罗丹明B的光降解性能。结果表明,n_Ag2S/n_ZnO为1:10时,光催化剂在紫外光、可见光和模拟日光的照射下具有最好的光催化效果,优于目前应用最广泛的市售P25。另外,所制备的光催化材料Ag₂S/ZnO经4次循环使用后,其降解效率没有明显下降,表明该催化材料具有一定的光催化稳定性。经捕获实验研究发现,在Ag₂S/ZnO的光催化反应中空穴起主要作用,并根据绝对电负性估算了复合材料Ag₂S/ZnO的能带位置,据此提出了可能的光催化反应机理。     

M~(2+)(M=Cu、Cd、Ag、Fe)掺杂氧化锌纳米粉晶的抗菌性能

采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了ZnO及M2+掺杂ZnO纳米粉晶(M=Cu、Cd、Ag、Fe),用现代测试技术表征了样品的组成、结构和形貌,以大肠杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和白色念珠菌(Candida albicans)为测试菌株,用抑菌圈、最小抑菌浓度和最小杀菌浓度等方法研究了样品在日光照射下的抗菌活性。结果表明,与母体ZnO相比,Cu、Ag、Cd掺杂样品的抗菌性能明显地增强,这可能是由于掺杂金属离子置换Zn2+生成了晶格缺陷和电荷缺陷,阻止了光生电子和光生空穴对的复合从而增强了光催化活性和抗菌活性。