ZnO基納米復合材料的制備及其氣敏、光催化性能研究.pdf

1、由于各組分間的協同作用，使得ZnO基納米復合材料呈現出比純相ZnO更為優異的性能，尤其是用于空氣中有毒有害氣體的檢測與環境水體中有機污染物的降解。本文選擇n型半導體ZnO作為研究對象，以提高其檢測有毒有害易揮發有機化合物和降解水體系中模擬污染物的能力為目標，以半導體復合和金屬離子摻雜為主要手段，系統地研究了ZnO基納米復合材料的制備、結構、組成與其氣敏性能和光催化性能之間的關系，主要研究內容和結論如下:
　　(1)以CTAB為表面

2、活性劑，尿素為礦化劑，在220℃水熱條件下制備了三維多級花狀結構Zn2SnO4納米材料。SEM和TEM測試結果表明，花狀結構Zn2SnO4由無數納米棒組裝而成。氣敏性能測試結果表明，與Zn2SnO4納米粒子相比，基于花狀結構Zn2SnO4的氣敏元件對乙醇氣體具有更好的選擇性、更高的靈敏度和更短的響應-恢復時間。氣敏元件的最佳工作溫度為380℃，在此工作溫度下，基于花狀結構Zn2SnO4的氣敏元件對50ppm乙醇氣體的靈敏度為30.4，響

3、應和恢復時間分別為10s和7s?；罱Y構Zn2SnO4氣敏性能增強的原因主要歸因于其獨特的三維多級結構增加了材料與目標氣體的接觸面積，同時多級結構為氣體擴散提供了更多的通道，使氣敏反應更加迅速。
　　(2)通過改性的Hummers'法制備了良好水溶性氧化石墨烯，以氧化石墨烯為石墨烯的前驅體，乙醇為溶劑，采用一步法合成了不同含量石墨烯(rGO)修飾的rGO-ZnO系列復合材料，利用XRD、SEM、TEM、Raman和UV-vis D

4、RS等對其結構、形貌以及光學性質進行了詳細表征。結果表明，將石墨烯與ZnO復合后，能夠有效改善ZnO納米顆粒的團聚程度，復合材料對光的吸收能力較純相ZnO明顯提高。光催化性能測試結果表明，相對于純相ZnO，rGO-ZnO復合材料光催化降解甲基橙性能明顯提高，當石墨烯的負載量為1.0wt.％時，復合樣品的光催化性能最優，降解速率為0.02017min-1，是純相ZnO(0.00133min-1)的15.17倍。復合材料光催化性能的增強與復

5、合物吸附能力的增強、光吸收能力的增強和光生電子-空穴對利用率的提高有關。
　　(3)采用醇熱法，成功制備了不同濃度Sn摻雜ZnO納米材料（摩爾分數），利用XRD、SEM、TEM、EDS和UV-vis DRS等對其結構、形貌、成分和光學性質進行了測試。結果表明，Sn摻雜并未影響ZnO的晶型和形貌，但是隨著Sn摻雜量的提高，ZnO晶粒的尺寸逐漸減小，對應的禁帶寬度也減小。光降解實驗結果表明:Sn摻雜提高了ZnO納米粒子的光催化活性，當