高活性纳米氧化锌的制备表征及光催化分解水制氢研究(2)
2.4 本章小结 17
3 应用 18
3.1 光催化测试 18
3.2 ZnO光催化性能的比较 18
3.2 ZnO光催化性能的讨论 22
3.3 Ag的负载对ZnO光催化性能的影响 23
3.4 本章小结 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
1 引言
在功能材料中，金属氧化物半导体材料因为其新颖的化学与物理性质，经过开发能被应用在很多高端领域。[1,2]ZnO就是其中一种。ZnO在室温下的的禁带宽度为3.37eV ，具有较大的激子束缚能（60meV）[3]，能被广泛运用，作为光催化分解水的催化剂、助催化剂，光化学分解有机污染物的催化剂，气体传感器等。目前纳米氧化锌在光催化方面的应用研究主要在污水处理和光解水制氢。
1.1 制备纳米ZnO的各种方法
制备纳米ZnO的方法很多，报导较多的方法有水热/溶剂热法[4,5]、溶胶-凝胶法[6,7]、沉积法[8,9]等。我们在合成ZnO的同时，除了追求合成得到的ZnO能有高效的光催化性能或是其他性能外，我们也追求能以更低的成本，更温和的条件合成所需要的产品。水热/溶剂热法在合成纳米ZnO中是一种比较普遍使用的软化学合成方法，一般反应温度在100℃到200℃，但还有其他方法制备出纳米ZnO所需的温度更低。Wenqin Peng等人，在90℃下，用沉积法，直接将ZnO沉积在载铟氧化锡（ITO）玻璃基底上。同时，通过改变前驱体（锌盐）的浓度，可以得到花形、棒形和针形的纳米ZnO[10]。Xiaoheng Liu 等人在80℃下运用CBD法，以PEG-20000作为稳定剂，合成了以（0001）和（000 ）面为主的片层ZnO[9]。Manoj Raula等人，利用抗坏血酸阴离子作为模版剂，在100℃以下合成ZnO，并且讨论了从30℃到90℃间，温度对形成的纳米ZnO纳米结构的影响[11]。但还有人在更低的温度下合成了纳米ZnO。Bin Liu 与 Hua Chun Zeng在室温（25℃）下，在乙二胺的帮助下，在溶液中，通过调整投料比，反应时间，反应物浓度，表面活性剂等，得到不同形貌的纳米ZnO，而且由于在室温下反应缓慢，得到的纳米ZnO结晶度高，形态产率高（多数情况下为100%）[12]。
1.2 用于光催化的纳米ZnO的研究情况
应用于光催化反应的纳米ZnO主要应用于污水处理与水分解制氢上。无论是应用在哪一方面，其基本原理是一致的，即材料受到光子激发，产生光生电子-空穴对，利用电子-空穴对的氧化-还原能力氧化污水中的有机污染物或是分解水。
作为一种光催化剂，很多科学家对改进纳米ZnO的光催化活性做了很多研究。作为成分只是单一的ZnO，从不同的报导中可以发现，其形态与他的光催化活性有着密切的关系。Jyh Ming Wu和Yi-Ru Chen在空气氛围下使Zn(AcAc)2先驱体在200℃直接在基体上分解形成大面积的纳米ZnO棒[13]，这种纳米ZnO棒的光催化活性比商用的纳米TiO2 P25更好。同时，他们还发现纳米ZnO棒上的氧原子缺陷在光催化降解过程中起到了关键作用。Luyuan Zhang等人用溶胶-凝胶法制得了3nm-4nm大小的吹冰面形ZnO的量子点，相比球状的ZnO量子点在光降解甲基蓝上有更高的光催化活性[6]。他们认为这种光催化活性的提高是因为锌所在的（001）和氧所在的（00 ）极平面更容易吸附OH-从而使H2O2和OH•的生成速率变快，进而使光催化反应速率加快[6]。H. S Song，W. J Zhang 等人用Si微米棒作为模板构建出整齐排列的纳米ZnO线3D结构。这种纳米ZnO的 3D结构在光吸收和光催化降解甲基红能力被证明比无整齐3D结构的纳米ZnO要高得多。同时，他们认为这种异相结合，有着超大表面积的3D结构在光伏、催化和传感领域的应该是很有前景的[8]。在制备不同形态的纳米ZnO方面Xinjuan Wang的研究小组和Liming Shen的研究小组做了更多的研究。Xinjuan Wang的研究小组在乙醇胺的存在下用水热法，通过调整反应条件制得了花状，针状，剑状和伞状结构的ZnO。同时他们也探讨了不同结构的ZnO在紫外光照射下光催化降解甲基蓝的活性，发现花状的ZnO有最高的光催化活性[3]。Liming Shen的研究小组制备出了多种纳米ZnO结构的微球和微棒聚集体。与此同时他们还尝试将Au负载在这些聚集体上，发现金在聚集体上的分布和作用力与聚集体的光吸收性质相关[5]。Liming Shen 在他的报导中说道，贵金属的负载可以有效地提高ZnO光催化能力。
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